CN103331452B - 一种铜/碳复合空心球颗粒材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铜/碳复合空心球颗粒材料及其制备方法，属于复合粉末制备技术领域。该材料为由水热碳和铜纳米粒子组成的空心球，空心球的球壁基体为水热碳，铜纳米粒子镶嵌在水热碳中。空心球的尺寸在40纳米到50微米之间，铜纳米粒子尺寸在1纳米到30纳米之间，壁厚在5纳米到200纳米之间。制备上是以铜盐、碳源为原料，以三辛胺为添加剂；铜盐和碳源的摩尔比例为0.01-5，三辛胺与碳源摩尔比例为0.05-10。将混合液体放入水热反应釜，于70-250℃温度下保温0.5-60小时；取出反应釜，冷却至室温，倒出沉淀，用蒸馏水和乙醇清洗后得到铜/碳复合空心球粉末。本发明优点在于工艺简单，省去了硬模板法中的模板去除工序，原料为环保的可再生碳源。

Description

一种铜/碳复合空心球颗粒材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合粉末制备技术领域，具体涉及一种铜/碳复合空心球颗粒材料及其制备方法。
背景技术
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构建和营造的一种新体系，它包括一维的、二维的、三维的体系，包括纳米微粒稳定的团簇和人造超原子、纳米管、纳米棒、纳米丝及纳米尺寸的孔洞等。纳米结构体系由于既有纳米微粒的特性，又存在由纳米结构组合引起的新的效应，已成为近年来物理、化学、材料等领域的研究热点之一。
空心球作为一种新的纳米结构，其应用范畴包括医学、制药学、材料科学、染料工业等众多领域，还可作为轻质结构材料、隔热、隔声和电绝缘材料、颜料等。例如，具有光电性质的CdS纳米空心球，可以制作光电器件和太阳能电池。再如，SiO2纳米空心球可用于药物传输和缓释等生物医学领域。TiO2纳米空心球对染料及污染物具有光催化活性。SnO2和WO3纳米空心球具有气敏性质，ZrO2空心球形陶瓷材料具有抗热震和抗腐蚀性质等，都有所报道。另外，碳空心球由于高比表面积，高结构稳定性，已经被用于催化剂载体，燃料电池，气体存储和分离，锂电池等领域。发展新型的空心球结构纳米材料，具有重要的理论和应用价值。
传统碳基空心球的制备方法为硬模板法，该方法需要首先制备出合适的硬模板，如硅石球，高分子球等，然后将有机碳源包覆于硬模板上，最后通过酸洗或者焙烧等工序除去模板，得到空心球。这种方法的缺点在于工艺复杂，碳源通常为不可再生的有机物，模板去除工序可能损害材料本身。
发明内容
本发明目的是用可再生碳源替代不可再生的有机碳源，简化空心球颗粒的生产工艺。
一种铜/碳复合空心球颗粒材料，该颗粒材料的结构特征在于：
a、材料由水热碳和铜纳米粒子组成。
b、材料为空心球，空心球的球壁基体为水热碳，铜纳米粒子镶嵌在水热碳中。
c、空心球的尺寸在40纳米到50微米之间，铜纳米粒子尺寸在1纳米到30纳米之间，壁厚在5纳米到200纳米之间。
本发明同时提供一种制备上述复合粉末材料的新方法，该方法成本低，生产周期短，纯度较高、环境友好。该方法第一次将水热碳化法与乳液法结合起来制备铜/碳复合空心球材料。其制备方法包括如下步骤：
a、以原料铜盐、碳源为原料，以三辛胺为添加剂。铜盐，包括硝酸铜、氯化铜、硫酸铜；碳源包括葡萄糖、柠檬酸、麦芽糖、抗坏血酸、可溶性淀粉。
b、将铜盐和碳源分别溶于蒸馏水中，然后混合，混合后铜盐和碳源的摩尔比例为0.01-5；
c、向混合溶液中加入三辛胺，加入三辛胺，三辛胺与碳源摩尔比例为0.05-10，振荡至均匀；
d、将混合液体放入水热反应釜，于70-250℃温度下保温0.5-60小时；
e、取出反应釜，冷却至室温后，打开容器，倒出沉淀，用蒸馏水和乙醇清洗后得到铜/碳复合空心球粉末。
本发明优点在于工艺简单，省去了硬模板法中的模板去除工序，原料为环保的可再生碳源，得到的新型铜/碳复合空心球颗粒材料未见报道。
附图说明
图1为本发明中铜/碳复合空心球颗粒材料的透射电镜照片。
具体实施方式
实施例1：
将0.05克氯化铜和0.7克葡萄糖按照各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，加入0.1克三辛胺，常温下超声振荡15分钟，将振荡后的混合液体放入50毫升聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热罐中，拧紧盖子后，将水热罐放入175℃烘箱中，保温12小时后，将水热罐取出烘箱，置于空气中冷却至室温，然后将水热罐子打开，倒出里面的混合物，在4000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水和乙醇反复清洗，得到铜/碳复合空心球颗粒。
实施例2：
将0.4克硝酸铜和0.35克可溶性淀粉按照各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，加入0.8克三辛胺，常温下超声振荡15分钟，将振荡后的混合液体放入50毫升聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热罐中，拧紧盖子后，将水热罐放入120℃烘箱中，保温6小时后，将水热罐取出烘箱，置于空气中冷却至室温，然后将水热罐子打开，倒出里面的混合物，在4000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水和乙醇反复清洗，得到铜/碳复合空心球颗粒。
实施例3：
将0.1克硫酸铜和0.65克抗坏血酸按照各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，加入0.2克三辛胺，常温下超声振荡15分钟，将振荡后的混合液体放入50毫升聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热罐中，拧紧盖子后，将水热罐放入200℃烘箱中，保温9小时后，将水热罐取出烘箱，置于空气中冷却至室温，然后将水热罐子打开，倒出里面的混合物，在4000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水和乙醇反复清洗，得到铜/碳复合空心球颗粒。
实施例4：
将0.15克氯化铜和0.25克麦芽糖按照各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，加入0.1克三辛胺，常温下超声振荡15分钟，将振荡后的混合液体放入50毫升聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热罐中，拧紧盖子后，将水热罐放入70℃烘箱中，保温12小时后，将水热罐取出烘箱，置于空气中冷却至室温，然后将水热罐子打开，倒出里面的混合物，在4000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水和乙醇反复清洗，得到铜/碳复合空心球颗粒。
实施例5：
将0.03克硝酸铜和1克可溶性淀粉按照各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，加入0.1克三辛胺，常温下超声振荡15分钟，将振荡后的混合液体放入50毫升聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热罐中，拧紧盖子后，将水热罐放入175℃烘箱中，保温12小时后，将水热罐取出烘箱，置于空气中冷却至室温，然后将水热罐子打开，倒出里面的混合物，在4000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水和乙醇反复清洗，得到铜/碳复合空心球颗粒。

Claims (1)

1.一种铜/碳复合空心球颗粒材料的制备方法，其特征在于：
a、材料由水热碳和铜纳米粒子组成；
b、材料为空心球，空心球的球壁基体为水热碳，铜纳米粒子镶嵌在水热碳中；
c、空心球的尺寸在40纳米到50微米之间，铜纳米粒子尺寸在1纳米到30纳米之间，壁厚在5纳米到200纳米之间；
具体制备步骤如下：
a、以原料铜盐、碳源为原料，以三辛胺为添加剂；铜盐，包括硝酸铜、氯化铜、硫酸铜；碳源包括葡萄糖、柠檬酸、麦芽糖、抗坏血酸、可溶性淀粉；
b、将铜盐和碳源分别溶于蒸馏水中，然后混合，混合后铜盐和碳源的摩尔比例为0.01-5；
c、向混合溶液中加入三辛胺，三辛胺与碳源摩尔比例为0.05-10，振荡至均匀；
d、将混合液体放入水热反应釜，于70-250℃温度下保温0.5-60小时；
e、取出反应釜，冷却至室温后，打开容器，倒出沉淀，用蒸馏水和乙醇清洗后得到铜/碳复合空心球粉末。
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