CN108636407A - 基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法 - Google Patents

基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及Cu纳米催化剂制备技术领域，特指一种基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法。将冷冻干燥后的石墨烯与铜盐水溶液室温条件下磁力搅拌，过滤，真空干燥后可得到褐色饼状固体产品。将得到的产品在惰性气体保护下，放入可编程管式炉中升温焙烧。该方法制备过程易控可行，制备出的纳米复合材料可广泛运用于催化等领域。

Description

基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法
技术领域
本发明涉及Cu纳米催化剂制备技术领域，将过渡金属纳米颗粒负载至石墨烯上，得到一种功能纳米材料的方法，特指一种基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法。
背景技术
能源是人类社会发展和生存延续的重要物质基础，因此，从自然界寻找天然储备量巨大丰富的非贵金属来代替传统化工行业中使用量巨大、昂贵和稀有贵金属，这一直是众多科学家研究和关注的热门领域之一。作为地壳中含量丰富的Cu元素，它具有性质稳定、低毒或者无毒、价格低廉、用途广泛等因素，已经成功应用于石油化工、精细化学品合成、能源再利用等重要催化领域。基于纳米级别尺寸和大小，金属纳米颗粒往往会呈现与宏观性质不同的物化特性和反应活性，具有独一无二的量子级别特征。Cu属于3d过渡金属(3d104s1),由于Cu的d轨道收缩，3d和4s轨道的电子能量相近，使得Cu具有丰富的可调价态；Cu纳米材料具有表面积大、多种表面催化活性结构位点；Cu纳米粒子这些出色的催化性质和独特的结构，以及基于迅速发展的纳米科学理论基础，使得对Cu纳米催化剂的形貌、粒径、组成和结构的调控成为可能。
石墨烯作为一种应用前景可观的新型二维碳材料，在光催化、电催化和有机催化领域中有着诸多应用。基于石墨烯的复合材料具有独特的性能：质量小、巨大的表面积、表面众多易于修饰活性位点和丰富的含氧官能团，是一种较为理想的催化材料载体。目前，基于石墨烯通过化学或者物理修饰后得到新型复合催化材料已经被报道，但是有关负载Cu纳米粒子作为催化材料研究比较少。原因在于Cu易被氧化，合成条件比较复杂，因此，制备一种石墨烯负载铜作为功能材料仍是一种挑战。
Cu纳米粒子制备方法包括液相还原法、微乳液法、微波合成法、热分解法、多元醇法和电化学法等。上述方法存在的问题是：需要使用各种还原剂，需要各种苛刻的实验条件。
发明内容
本发明使用一种简便易行、条件可控的焙烧方法，获得一种纳米颗粒大小和尺寸均一，分布良好，基于石墨烯负载纳米Cu金属颗粒新型复合材料，并使用X射线衍射、扫描电镜等多种现代分析方法对其结构进行表征。
本发明的目的是采用一种较为简单石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
(1)采用改进的Hummers法将原料天然石墨氧化得到氧化石墨烯；
(2)石墨烯负载铜纳米粒子制备：
将冷冻干燥后的氧化石墨烯和铜盐水溶液充分搅拌混合后进行过滤，过滤后得到含有铜离子的氧化石墨烯，真空干燥后得到褐色饼状产品，将褐色饼状产品研磨后，在惰性气体保护下升温焙烧后得到石墨烯负载的铜纳米粒子。
所述的充分搅拌混合指超声1h，再在在室温下磁力搅拌12h。
所述真空干燥的时间为12h。
所述制备方法中，焙烧时间为3h，焙烧的温度区间为400℃-500℃。
所述制备方法中，铜盐水溶液指的是醋酸铜或硝酸铜水溶液，且两者均为饱和溶液。
所述制备方法中，氧化石墨烯与铜盐水溶液的质量体积比为：0.5g：5-10ml。
本发明的有益效果为：
本发明主要采取了简单的升温焙烧方式，有别于传统水热法制备铜纳米粒子的复杂方式。本发明的焙烧方式属于在较高温度和惰性气体条件下，在石墨烯碳材料上原位还原金属的方式，采用这种方法不必使用对环境有毒害的还原剂，减少了实验过程中的变量，从而形成一种简单、可控、易行的催化材料制备方式。
附图说明
图1为按照实例1，硝酸铜与氧化石墨烯焙烧温度分别为400℃，450℃，500℃时样品的XRD谱图。
图2为按照实例1，醋酸铜与氧化石墨烯焙烧温度分别为400℃，450℃，500℃时样品的XRD谱图。
图3为按照实例2，硝酸铜与氧化石墨烯焙烧温度分别为400℃(a)，450℃(b)，500℃(c)时样品的扫描电镜图。
图4为按照实例3，醋酸铜与氧化石墨烯焙烧温度分别为400℃(a)，450℃(b)，500℃(c)时样品的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。
实施例1：
用量筒分别称取配置好的饱和硝酸铜和醋酸铜盐水溶液10ml，加入冷冻干燥后得到的0.5g氧化石墨烯中，超声1h，再在室温下磁力搅拌12h。过滤，真空干燥12h后得到褐色饼状产品即石墨烯负载铜盐产品。充分研磨褐色饼状产品，称取质量为1g的两种产品于石英舟中，放入管式炉中设定好温度，并通入惰性气体保护，升温焙烧3h。本实验中考察焙烧温度分别为400℃，450℃，500℃时产品中物质组成情况。
采用XRD，对焙烧后的样品进行表征：
图1为硝酸铜与氧化石墨烯在400℃-500℃下焙烧产品经过测试后绘制的样品XRD谱图，
图2为醋酸铜与氧化石墨烯在400℃-500℃下焙烧产品经过测试后绘制的样品XRD谱图，
通过于标准卡片对照，谱图中存在单质铜的特征峰。两种铜溶液的前驱体与氧化石墨烯在不同焙烧温度下情况有略微差异，其中在2θ为43.3°，50.43°，74.13°的特征峰分别对应Cu的(111)，(200)，(220)衍射晶面；其中在2θ为26°左右存在一个较弱的特征峰，属于石墨烯碳材料的特征峰。表明该方法可在一定温度下制备出无铜氧化物存在的石墨烯负载铜纳米粒子。
实施例2：
用量筒称取配置好的饱和硝酸铜铜盐水溶液5ml，加入冷冻干燥后得到的0.5g氧化石墨烯中，超声1h，室温下磁力搅拌12h。过滤，真空干燥12h后得到褐色饼状产品即石墨烯负载铜盐产品。充分研磨褐色饼状产品，称取质量为1g的产品于石英舟中，放入管式炉中设定好温度，并通入惰性气体保护，升温焙烧3h。本实验中考察硝酸铜作为铜盐前驱体与氧化石墨烯分别在焙烧温度400℃，450℃，500℃时得到铜纳米颗粒分布和大小情况。
采用SEM，对焙烧后的产品表征：
图3为硝酸铜与氧化石墨烯在不同温度下焙烧后得到产品经过扫描电镜测试后得到的SEM图，从图中我们可以看出焙烧温度越高，纳米粒子大小越均一，分散性越良好，因此500℃为较理想实验焙烧温度。
实施例3：
用量筒称取配置好的饱和醋酸铜盐水溶液5ml，加入冷冻干燥后得到的0.5g氧化石墨烯中，超声1h，室温下磁力搅拌12h。过滤，真空干燥12h后得到褐色饼状产品即石墨烯负载铜盐产品。充分研磨褐色饼状产品，称取质量为1g的产品于石英舟中，放入管式炉中设定好温度，并通入惰性气体保护，升温焙烧3h。本实验中考察醋酸铜作为铜盐前驱体与氧化石墨烯分别在焙烧温度400℃，450℃，500℃得到铜纳米颗粒分布和大小情况。
采用SEM，对焙烧后的产品表征：
图4为醋酸铜与氧化石墨烯在不同焙烧温度下焙烧后得到产品经过扫描电镜测试后得到的SEM图，从图中我们可以看出焙烧温度越高，纳米粒子大小越均一，分散性越良好，因此500℃为较理想实验焙烧温度。

Claims (7)

1.基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：将冷冻干燥后的氧化石墨烯和铜盐水溶液充分搅拌混合后进行过滤，过滤后得到含有铜离子的氧化石墨烯，真空干燥后得到褐色饼状产品，将褐色饼状产品研磨后，在惰性气体保护下升温焙烧后得到石墨烯负载的铜纳米粒子。
2.如权利要求1所述的基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述的充分搅拌混合指超声1h，再在在室温下磁力搅拌12h。
3.如权利要求1所述的基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述真空干燥的时间为12h。
4.如权利要求1所述的基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：焙烧时间为3h，焙烧的温度区间为400℃-500℃。
5.如权利要求4所述的基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：焙烧的温度为500℃。
6.如权利要求1所述的基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：铜盐水溶液指的是醋酸铜水溶液或硝酸铜水溶液，且两者均为饱和溶液。
7.如权利要求1所述的基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯与铜盐水溶液的质量体积比为：0.5g：5-10ml。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109745983A (zh) * 2019-01-28 2019-05-14 三峡大学 一种石墨烯量子点稳定的铜纳米颗粒的制备方法及其应用
CN110732336A (zh) * 2019-09-30 2020-01-31 江苏大学 一种微波制备氮掺杂石墨烯负载纳米铜复合材料的方法
CN110813293A (zh) * 2019-10-31 2020-02-21 曲阜师范大学 Cu NPs-rGO电催化剂的制备方法及其应用
CN112071543A (zh) * 2020-08-05 2020-12-11 四川大学 一种高矫顽力稀土永磁体及其制备方法
CN114086211A (zh) * 2021-11-22 2022-02-25 杭州师范大学 Cu-GN金属纳米片电催化剂的制备方法
CN114956151A (zh) * 2021-12-22 2022-08-30 西安交通大学 一种空心氧化铜-石墨烯复合材料的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999017877A1 (en) * 1997-10-02 1999-04-15 Akzo Nobel N.V. Treatment to improve the durability and selectivity of a hydrodechlorination catalyst and catalyst
CN103143369A (zh) * 2012-12-28 2013-06-12 湖南大学 一种石墨烯-铂/铜纳米粒子多级纳米结构材料的制备及其应用
CN103433037A (zh) * 2013-09-09 2013-12-11 东南大学 一种石墨烯泡沫-贵金属纳米颗粒复合材料的制备方法
CN106629694A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 华中科技大学 一种多元素掺杂的三维多孔石墨烯气凝胶的制备方法
US20170266639A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 Vaon, Llc Graphene-containing nanocomposite materials for sequestration of carbon dioxide
CN107185524A (zh) * 2017-05-11 2017-09-22 常州大学 一种三维石墨烯‑贵金属纳米催化剂的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999017877A1 (en) * 1997-10-02 1999-04-15 Akzo Nobel N.V. Treatment to improve the durability and selectivity of a hydrodechlorination catalyst and catalyst
CN103143369A (zh) * 2012-12-28 2013-06-12 湖南大学 一种石墨烯-铂/铜纳米粒子多级纳米结构材料的制备及其应用
CN103433037A (zh) * 2013-09-09 2013-12-11 东南大学 一种石墨烯泡沫-贵金属纳米颗粒复合材料的制备方法
US20170266639A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 Vaon, Llc Graphene-containing nanocomposite materials for sequestration of carbon dioxide
CN106629694A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 华中科技大学 一种多元素掺杂的三维多孔石墨烯气凝胶的制备方法
CN107185524A (zh) * 2017-05-11 2017-09-22 常州大学 一种三维石墨烯‑贵金属纳米催化剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
谢军 许旭: "石墨烯负载铜在富氢条件下催化CO氧化的研究", 《云南化工》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109745983A (zh) * 2019-01-28 2019-05-14 三峡大学 一种石墨烯量子点稳定的铜纳米颗粒的制备方法及其应用
CN110732336A (zh) * 2019-09-30 2020-01-31 江苏大学 一种微波制备氮掺杂石墨烯负载纳米铜复合材料的方法
CN110813293A (zh) * 2019-10-31 2020-02-21 曲阜师范大学 Cu NPs-rGO电催化剂的制备方法及其应用
CN112071543A (zh) * 2020-08-05 2020-12-11 四川大学 一种高矫顽力稀土永磁体及其制备方法
CN114086211A (zh) * 2021-11-22 2022-02-25 杭州师范大学 Cu-GN金属纳米片电催化剂的制备方法
CN114086211B (zh) * 2021-11-22 2022-12-27 杭州师范大学 Cu-GN金属纳米片电催化剂的制备方法
CN114956151A (zh) * 2021-12-22 2022-08-30 西安交通大学 一种空心氧化铜-石墨烯复合材料的制备方法
CN114956151B (zh) * 2021-12-22 2023-08-22 西安交通大学 一种空心氧化铜-石墨烯复合材料的制备方法

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