CN103721653A - 一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳包覆Cu/Zn0复合多孔材料的制备方法。该多孔材料具有纳米尺寸的三维孔道。其中铜纳米组分的加入，显著提高了复合材料的电子电导率，利于金属氧化物纳米材料的功能化应用。本方法具有制备工艺简单，产物成分可控，粒度均一，产率高等优点，易于大量生产。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术，具体涉及一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法。
背景技术
复合纳米材料即将不同功能的纳米材料整合到一起，从而获得单一材料物化性质外的协同效应，如表面更易功能化、更多的结合位点、更高的比表面积、更高介电常数、变化的吸收带隙和催化活性等。其中，金属与无机物的纳米复合结构因为综合了金属的高电导率和无机材料固有的物化性能，在能量储存、工业催化、功能陶瓷、生物制药等领域具有广阔的研究和应用前景(上海交通大学2009年博士论文；Desalination，2013，308∶15～33)。而在各种纳米结构中，多孔材料由于具有较高的表面积、及利于气体溶液渗透的孔道等优点，而被广泛研究应用。因此，开发金属/无机材料的多孔纳米结构具有重要的研究意义和应用前景。
目前，金属/氧化物复合多孔材料的宏量制备的方法报道极少，因为在合成过程中面临几个技术难点：高温下难于控制金属和氧化物两相共存；产物的颗粒、孔径、成分不均一；制备工艺复杂；产量低、成本高；环境不友好等。鉴于此，本发明利用了不同金属草酸盐的性能差异，设计了一种碳包覆铜/金属氧化物复合多孔材料及其原位制备方法，本发明制备出的碳包覆铜/金属氧化物具有纳米尺寸的三维孔道结构，产物形貌均一、可控，且制备方法简单，成本低廉，环境友好，对于开发复合多孔纳米材料的规模化生产工艺具有重要的指导意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，选取纳米金属混合物
所述纳米金属混合物由纳米乙酸锌和纳米乙酸铜粉体组成，所述乙酸锌和乙酸铜的摩尔比为2∶1。
步骤二，第一溶液的制备
将步骤一的纳米金属混合物与表面活性剂和乙二醇溶液混合，质量比为：纳米金属混合物∶表面活性剂∶乙二醇溶液=(4-6)∶(3-5)∶300，将混合液在60-90℃油浴中以600-1000r/min的速率搅拌10-30分钟，自然冷却制得第一溶液。
步骤三：第二溶液的制备
将乙二醇和草酸于常温下混合，制得第二溶液，所述乙二醇和草酸的质量比为100∶3。
步骤四：复合前驱体的制备
将步骤三所制得的第二溶液以3-10mL/min的滴速滴入步骤二所制得的第一溶液中，以600-1000r/min的速率60-100℃恒温搅拌4h；反应结束后，将反应生成物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，离心收集，于烘箱中80℃干燥6h，即得到复合前驱体。所述第二溶液和第一溶液的质量比为：1∶3-4。
步骤五：碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备
将步骤四所制得复合前驱体至于管式炉中，通以氢气体积含量为1-10％的X/H2气氛，以5℃/min的速率升温至200℃，恒温保持2h，然后以5℃/min升至500℃，恒温保持2h，即得碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料，所述X为纯度不小于99.9％的氮气、氩气、氦气中的一种，氢气的体积含量在1％-10％。
2.如权利要求1所述的一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法，其特征在于所述纳米乙酸锌和纳米乙酸铜粉体的粒径为1-50nm，所制得的的多孔材料的孔隙率为86％以上，孔洞的大小为1-25nm。
3.如权利要求1所述的一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法，其特征在于所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯化三甲基十六烷基铵(CTAC)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚合物(F127)中的一种或以任意比的混合物。
本发明的有益效果主要在于：
(1)金属纳米铜与金属纳米氧化物为复合结构，具有纳米尺寸的三维孔道，金属纳米粒子的加入显著提高了复合材料的电子电导率，有利于金属氧化物纳米材料的功能化应用；
(2)产物成分可控，粒度均一，产率高；
(3)原位制备方法，反应条件温和，制备过程简单易行，环境友好。
具体实施方式
一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，选取纳米金属混合物
所述纳米金属混合物由纳米乙酸锌和纳米乙酸铜粉体组成，所述乙酸锌和乙酸铜分别为0.02mol和0.01mol。
步骤二，第一溶液的制备
将步骤一的纳米金属混合物与4g表面活性剂和300ml乙二醇溶液混合，将混合液在80℃油浴中以800r/min的速率搅拌15分钟，自然冷却制得第一溶液。
步骤三：第二溶液的制备
将100乙二醇和0.03mol草酸于常温下混合，制得第二溶液。
步骤四：复合前驱体的制备
将步骤三所制得的第二溶液以5mL/min的滴速滴入步骤二所制得的第一溶液中，以800r/min的速率80℃恒温搅拌4h；反应结束后，将反应生成物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，离心收集，于烘箱中80℃干燥6h，即得到复合前驱体。所述第二溶液和第一溶液的质量比为：1∶3-4。
步骤五：碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备
将步骤四所制得复合前驱体至于管式炉中，通以氢气体积含量为1-10％的X/H2气氛，以5℃/min的速率升温至200℃，恒温保持2h，然后以5℃/min升至500℃，恒温保持2h，即得碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料，所述X为纯度不小于99.9％的氮气、氩气、氦气中的一种，氢气的体积含量在1％-10％。
所述纳米乙酸锌和纳米乙酸铜粉体的粒径为1-50nm，所制得的的多孔材料的孔隙率为86％以上，孔洞的大小为1-25nm。
所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯化三甲基十六烷基铵(CTAC)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚合物(F127)中的一种或以任意比的混合物。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的技术人员根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属本发明保护范围。
Claims (3)
1.一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，选取纳米金属混合物
所述纳米金属混合物由纳米乙酸锌和纳米乙酸铜粉体组成，所述乙酸锌和乙酸铜的摩尔比为2∶1。
步骤二，第一溶液的制备
将步骤一的纳米金属混合物与表面活性剂和乙二醇溶液混合，质量比为∶纳米金属混合物：表面活性剂：乙二醇溶液=(4-6)∶(3-5)∶300，将混合液在60-90℃油浴中以600-1000r/min的速率搅拌10-30分钟，自然冷却制得第一溶液。
步骤三：第二溶液的制备
将乙二醇和草酸于常温下混合，制得第二溶液，所述乙二醇和草酸的质量比为100∶3。
步骤四：复合前驱体的制备
将步骤三所制得的第二溶液以3-10mL/min的滴速滴入步骤二所制得的第一溶液中，以600-1000r/min的速率60-100℃恒温搅拌4h；反应结束后，将反应生成物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，离心收集，于烘箱中80℃干燥6h，即得到复合前驱体。所述第二溶液和第一溶液的质量比为：1∶3-4。
步骤五：碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备
将步骤四所制得复合前驱体至于管式炉中，通以氢气体积含量为1-10％的X/H2气氛，以5℃/min的速率升温至200℃，恒温保持2h，然后以5℃/min升至500℃，恒温保持2h，即得碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料，所述X为纯度不小于99.9％的氮气、氩气、氦气中的一种，氢气的体积含量在1％-10％。
2.如权利要求1所述的一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法，其特征在于所述纳米乙酸锌和纳米乙酸铜粉体的粒径为1-50nm，所制得的的多孔材料的孔隙率为86％以上，孔洞的大小为1-25nm。
3.如权利要求1所述的一种碳包覆Cu/ZnO复合多孔材料的制备方法，其特征在于所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯化三甲基十六烷基铵(CTAC)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚合物(F127)中的一种或以任意比的混合物。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104843766A (zh) * | 2015-04-20 | 2015-08-19 | 齐鲁工业大学 | 一种碳包覆镍掺杂氧化锌及其高效合成方法 |
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| CN101176915A (zh) * | 2006-11-09 | 2008-05-14 | 南京大学 | 一种碳包覆的纳米金属镍颗粒材料的制备方法 |
| CN103035899A (zh) * | 2013-01-14 | 2013-04-10 | 山东天润丰新能源科技有限公司 | 一种采用水溶性聚合物对纳米粉体进行碳包覆改性的方法 |
| CN103268929A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-08-28 | 山东大学 | 一种碳/铜/金属氧化物复合多孔材料及其制备方法与应用 |
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