CN110405222A - 一种单原子负载的铜纳米结构及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单原子负载的铜纳米结构的制备方法，包括：将氧化铜纳米结构和金属纳米颗粒在溶剂中混合，将得到的负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构进行煅烧，得到单原子负载的铜纳米结构。本发明以氧化铜纳米结构为基底材料与金属纳米粒子进行复合后，采用煅烧还原法制备得到单原子负载的铜纳米材料，生长在铜纳米片表面的单原子均匀。本发明提供的制备方法操作简单，无需复杂设备，条件温和，模板材料容易获得，过程可控，原材料来源广泛，有利于工业化实现，所制备出的单原子负载的铜纳米结构在催化、能源存储、光电探测等领域具有非常广泛的应用前景。本发明还提供了一种单原子负载的铜纳米结构。

Description

一种单原子负载的铜纳米结构及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种单原子负载的铜纳米结构及其制备方法和应用。
背景技术
基于单原子负载的纳米材料由于高效的原子利用率和良好的性质成为纳米材料领域的研究热点，尤其是在单原子材料的制备领域。但由于单原子难于稳定，单原子的合成受到了很多阻碍。迄今为止，只有少数合成单原子材料的方法被报道。如德国《应用化学》杂志2017年第56卷第13694-13698页报道了将Pt单原子负载在CoP纳米管上应用于电催化析氢反应，此种单原子材料展现出良好的电催化析氢反应性能。
然而，合成单原子材料的通用合成方法却鲜有研究，对于单原子材料的合成缺乏合理的设计。因此，如何找到一种可控合成单原子纳米材料的通用方法已成为业内普遍关注的焦点之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单原子负载的铜纳米结构及其制备方法和应用，本发明提供的方法能够制备单原子负载的铜纳米结构，制备方法简单，条件温和，过程可控，有利于工业化实现。
本发明提供了一种单原子负载的铜纳米结构的制备方法，包括：
将氧化铜纳米结构和金属纳米颗粒在溶剂中混合，得到负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构；
将所述负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构在氢氩气氛中进行煅烧，得到单原子负载的铜纳米结构。
在本发明中，所述氧化铜纳米结构优选选自氧化铜零维、一维和二维纳米结构中的一种或多种。
在本发明中，所述氧化铜零维纳米结构为零维纳米颗粒，所述零维纳米颗粒的直径优选为0.1～100nm，更优选为0.1～50nm，最优为0.1～10nm；所述氧化铜一维纳米结构为一维氧化铜纳米线，所述一维氧化铜纳米线的直径优选为0.1～100nm，更优选为0.1～50nm，最优选为0.1～30nm；所述氧化铜二维纳米结构为二维氧化铜纳米片，所述二维氧化铜纳米片的厚度优选为0.1～100nm，更优选为0.1～40nm。
在本发明中，所述氧化铜纳米结构可不由稳定剂稳定，也可由稳定剂稳定。本发明在制备氧化铜纳米结构的过程中既可以加入稳定剂进行稳定，也可不添加稳定剂同样也能实现氧化铜纳米结构的稳定。
本发明对所述氧化铜纳米结构的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得，也可按照本领域技术人员熟知的氧化铜纳米结构的制备方法获得。在本发明中，所述氧化铜零维纳米结构的制备方法优选为：
将冰醋酸和醋酸铜溶液混合后加热；
将加热后的产物和氢氧化钠混合；
将得到的混合物分散后冷却离心，得到氧化铜零维纳米结构。
在本发明中，所述冰醋酸和醋酸铜溶液的体积比优选为1：(280～320)，更优选为1：(290～310)，最优选为1：300。
在本发明中，所述醋酸铜溶液优选为醋酸铜水溶液，所述醋酸铜溶液的浓度优选为0.01～0.03mol/L，更优选为0.02mol/L。
在本发明中，所述加热的温度优选为90～110℃，更选为95～105℃，最优选为100℃。
在本发明中，所述氢氧化钠和冰醋酸的用量比例优选为(0.7～0.9)g：1mL，更优选为0.8g：1mL。
在本发明中，所述离心完成后优选将离心后的产物进行洗涤，得到氧化铜零维纳米结构，所述洗涤优选为先进行水洗再进行乙醇洗；所述水洗的次数优选为1次，所述乙醇洗的次数优选为2～4次，更优选为3次。
在本发明中，所述氧化铜一维纳米结构的制备方法优选为：
将硫酸铜溶液和氨水混合；
将得到的混合物和氢氧化钠溶液混合后加热；
将加热后的产物离心后水洗，得到氧化铜一维纳米结构。
在本发明中，所述硫酸铜溶液优选为硫酸铜水溶液；所述硫酸铜溶液的浓度优选为(0.5～1.5)g/100mL，更优选为(0.8～1.2)g/100mL，最优选为1g/100mL。
在本发明中，所述氨水的浓度优选为0.14～0.16mol/L，更优选为0.15mol/L。
在本发明中，所述氢氧化钠溶液优选为氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为1.1～1.3mol/L，更优选为1.2mol/L。
在本发明中，所述硫酸铜溶液、氨水和氢氧化钠溶液的体积比优选为100：(25～35):(4～8)，更优选为100：(28～32):(5～7)，最优选为100:30:6。
在本发明中，优选将氢氧化钠溶液逐滴滴加到得到的混合物中。
在本发明中，所述加热的温度优选为55～65℃，更优选为58～62℃，最优选为60℃；所述加热的时间优选为2.5～3.5小时，更优选为3小时。
在本发明中，所述水洗的次数优选为2～4次，更优选为3次。
在本发明中，所述氧化铜二维纳米结构的制备方法优选为：
将五水硫酸铜和聚乙烯吡咯烷酮溶入水中，得到混合液；
将所述混合液和氨水溶液混合，得到混合物；
向所述混合物中滴加氢氧化钠溶液后搅拌，再进行离心水洗，得到氧化铜二维纳米结构。
在本发明中，所述五水硫酸铜和聚乙烯吡咯烷酮的质量比优选为1：(3～5)，更优选为1:4；所述水的用量使五水硫酸铜在水中的浓度优选为0.8～1.2g/100mL，更优选为1g/100mL；所述氨水溶液中氨水的质量分数优选为25～28％；所述氨水溶液的浓度优选为0.08～0.12mL氨水/10mL水，更优选为0.1mL氨水/10mL水；所述氢氧化钠溶液的浓度优选为0.2～0.3g/mL，更优选为0.24g/mL；所述搅拌的时间优选为3天。
在本发明中，所述金属纳米颗粒中的金属优选选自VIII族金属、III B族金属、IVB族金属、V B族金属、VI B族金属、VII B族金属、I B族金属和II B族金属中的一种或几种，更优选为VIII族金属、I B族金属和II B族金属中的一种或几种，最优选为Pd、Au和Pt中的一种或几种。
在本发明中，所述金属纳米颗粒的直径优选为0.1～100nm，更优选为0.5～40nm，更优选为1～30nm，更优选为1.5～10nm，更优选为2～5nm，更优选为3～4mm，更优选为3.5nm，最优选为0.1～10nm、1.0～40nm、2.0～30nm、5.0～10nm、0.5～5nm、1.0～4nm、1.5～3.5nm或2.0～3.0nm。
在本发明中，所述金属纳米颗粒可不由稳定剂稳定，也可由稳定剂稳定。本发明在制备金属纳米颗粒的过程中可以加入稳定剂进行稳定，也可不添加稳定剂同样也能实现金属纳米颗粒的稳定。
本发明对所述金属纳米颗粒的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得也可按照本领域技术人员熟知的方法制备得到。在本发明中，所述金属纳米颗粒的制备方法优选为：
将金属盐溶液和乙二醇混合，得到混合液；
将所述混合液和水混合后反应，得到金属纳米颗粒。
在本发明中，所述金属盐溶液的金属盐优选为H2MCl4，所述M为金属；所述金属盐溶液的浓度优选为3.5～4.5mol/L，更优选为4mol/L；所述金属盐溶液和乙二醇的体积比优选为(7～8)：10，更优选为7.5:10；所述金属盐溶液和水的体积比优选为(7～8)：(30～35)，更优选为7.5：(31～34)，最优选为7.5：(32～33)；所述混合的温度优选为室温，更优选为20～30℃，最优选为25℃；所述金属盐溶液和乙二醇混合优选在搅拌的条件下进行；所述反应的温度优选为90～110℃，更优选为100℃；所述反应的时间优选为2.5～3.5小时，更优选为3小时。
在本发明中，所述溶剂优选选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇、丙三醇、苯、苯酚、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、1-十八烯和油胺中的一种或几种，更优为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇和丙三醇中的一种或几种。
在本发明中，所述混合的方法优选为：
将氧化铜纳米结构溶液和金属纳米颗粒溶液混合，得到负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构。
在本发明中，所述氧化铜纳米结构溶液中的溶剂和金属纳米颗粒溶液中的溶剂选取种类与上述技术方案所述溶剂的选取种类一致，在此不在赘述。
在本发明中，所述氧化铜纳米结构溶液的浓度优选为0.1～100mg/mL，更优选为0.1～4.5mg/mL，更优选为0.1～3mg/mL，最优选为0.1～2mg/mL。
在本发明中，所述金属纳米颗粒溶液的浓度优选为0.1～100mg/mL，更优选为0.05～20mg/mL，更优选为0.05～10mg/mL，最优选为0.05～5mg/mL。
在本发明中，所述混合(氧化铜纳米结构和金属纳米颗粒混合)时间的优选为0.5～120min，更优选为1～100min，更优选为10～80min，更优选为30～60min，更优选为40～50min，更优选为0.5～10min，更优选为1～8min，更优选为2～6min，最优选为3～5min。
在本发明中，所述混合(氧化铜纳米结构和金属纳米颗粒混合)的温度优选为-30～300℃，更优选为-10～250℃，更优选为-5～150℃，更优选为0～100℃，更优选为10～80℃，更优选为20～60℃，最优选为30～50℃。
在本发明中，所述混合(氧化铜纳米结构和金属纳米颗粒混合)完成后优选将得到的混合物质离心、水洗、醇洗和干燥，得到负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构；所述水洗的次数优选为1次；所述醇洗的次数优选为1～3次，更优选为2次；所述干燥的温度优选为55～65℃，更优选为60℃；所述干燥的时间优选为5～7小时，更优选为6小时。
在本发明中，所述煅烧在氢氩气氛中进行，所述氢氩气氛即为氢气和氩气的混合气体气氛；所述氢氩气氛中氢气的体积分数优选小于20％，更优选为3～6％，最优选为5％。
在本发明中，所述氢氩气氛的流速为0.01～50mL/min，更优选为0.01～10mL/min，最优选为0.01～1mL/min。
在本发明中，所述煅烧的温度为100～2000℃，更优选为100～800℃，最优选为100～300℃；所述煅烧过程中的升温速率为0.01～10℃/min，更优选为0.01～5℃/min，最优选为0.01～1℃/min；所述煅烧的时间优选为10～360min，更优选为20～240min，最优选为30～120min，更优选为40～100min，最优选为60～80min。
本发明提供的方法能够制备得到单原子负载的铜纳米结构的关键就在于将负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构在氢氩气氛中进行煅烧，而且在煅烧的过程中合理控制氢氩气氛的流速以及升温速率和煅烧温度，本发明在特定的煅烧工艺条件下获得了单原子负载的铜纳米结构。
本发明提供的方法制备得到了单原子负载的铜纳米结构，本发明以二维氧化铜纳米片为模板材料得到单原子负载的铜纳米结构，通过改变金属纳米颗粒的种类，即可得到不同单原子负载的铜纳米结构。本发明提供的制备方法无需复杂设备，实验操作简单，重复性好，模板材料容易获得，原材料来源广泛，有利于展开大规模的制备。
本发明还提供一种上述技术方案所述的方法制备得到的单原子负载的铜纳米结构以及所述单原子负载的铜纳米结构在催化、电子器件、能源存储和光电探测领域的应用。
与现有技术相比，本发明针对现有的单原子负载的铜纳米结构的制备方法不通用、不适合各种不同的单原子材料的制备的缺陷提出了一种通用的单原子负载纳米材料的制备方法，本发明提供的制备方法操作简单，无需复杂设备，条件温和，模板材料容易获得，过程可控，原材料来源广泛，有利于工业化实现。本发明提供的方法制备得到的单原子负载的铜纳米结构在催化、电子器件、能源存储和光电探测领域具有非常广泛的应用。
实验结果表明，本发明提供的单原子负载的铜纳米结构的制备方法，以氧化铜纳米结构作为模板，能够诱导制备一系列单原子负载的铜纳米结构。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的负载金纳米粒子的氧化铜纳米结构的透射电镜照片；
图2为本发明实施例1制备的金单原子负载的铜纳米片结构的透射电镜照片；
图3为本发明实施例1制备的金单原子负载的铜纳片结构的能量分散X射线光谱元素分布图；
图4为本发明实施例2制备的负载铂纳米粒子的氧化铜纳米结构的透射电镜照片；
图5为本发明实施例2制备的铂单原子负载的铜纳片结构的透射电镜照片；
图6为本发明实施例2制备的铂单原子负载的铜纳片结构的能量分散X射线光谱元素分布图；
图7为本发明实施例3制备的负载钯纳米粒子的氧化铜纳米结构的透射电镜照片；
图8为本发明实施例3制备的钯单原子负载的铜纳片结构的透射电镜照片；
图9为本发明实施例3制备的钯单原子负载的铜纳片结构的能量分散X射线光谱元素分布图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明以下实施例所用原料均为市售商品，所用药品和试剂均购买自国药集团化学试剂有限公司。
实施例1
金纳米颗粒的制备
将7.5mL的4mmol/L的H2AuCl4水溶液与10mL的乙二醇混合，再向混合溶液中加入32.5mL的水，室温下搅拌均匀，100℃反应3h，得到金纳米颗粒溶液。
氧化铜纳米片的合成
称取3.0g五水硫酸铜和12g聚乙烯吡咯烷酮溶于300mL水中，将0.93mL氨水(质量分数25～28％)用水稀释到90mL，待硫酸铜和聚乙烯吡咯烷酮溶解后，将稀释后的氨水与其混合，搅拌15min后，将2.4g氢氧化钠溶于10mL水中形成氢氧化钠溶液，将该氢氧化钠溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，然后将此混合溶液连续搅拌3天，离心水洗一次，得到氧化铜纳米片。
将上述30mg的氧化铜纳米片分散于10mL水中，搅拌20min，与5mL上述金纳米颗粒溶液混合搅拌3min，得到混合物；将所述混合物离心后水洗1次，醇洗2次，在60℃下干燥6h，得到负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构。
将上述负载金纳米粒子的氧化铜纳米结构置于管式炉中，在氢氩气氛下(氩气：氢气体积比为95:5)，以1℃/min的升温速率升温至200℃，煅烧1h后自然降温，得到金单原子负载的铜纳片结构。
对本发明实施例1制备的负载金纳米粒子的氧化铜纳米结构进行透射电镜表征，检测结果如图1所示，由图1可以看出，金纳米颗粒均匀分散在氧化铜纳米片表面。
对本发明实施例1制备的金单原子负载的铜纳片结构进行透射电镜表征，检测结果如图2所示，由图2可以看出，本发明实施例1制备的氧化铜纳米片表面没有任何颗粒。
对本发明实施例1制备的金单原子负载的铜纳片结构进行能量色散X射线光谱检测，检测结果如图3所示，由图3可以看出，金元素均匀的分布在氧化铜纳米片的表面。
实施例2
铂纳米颗粒的制备
将7.5mL的4mmol/L的H2PtCl4溶液与10mL的乙二醇混合，再在混合溶液中加入32.5mL的水，室温下搅拌均匀，100℃反应3h，得到铂纳米颗粒溶液。
按照实施例1的方法制备得到氧化铜纳米片。
将30mg的上述氧化铜纳米片分散于10mL的水中，搅拌20min，与5mL的上述铂纳米颗粒溶液混合搅拌3min，离心后水洗1次，醇洗2次，60℃下干燥6h，得到负载铂纳米粒子的氧化铜纳米结构。
将负载铂纳米粒子的氧化铜纳米片结构置于管式炉中，在氢氩气氛下(氩气：氢气体积比为95:5)，以1℃/min的升温速率升温至200℃，煅烧1h后自然降温，得到铂单原子负载的铜纳片结构。
对本发明实施例2制备的负载铂属纳米粒子的氧化铜纳米结构进行透射电镜表征，检测结果如图4所示，由图4可以看出，铂纳米颗粒均匀分散在氧化铜纳米片表面。
对本发明实施例2制备的铂单原子负载的铜纳片结构进行透射电镜表征，检测结果如图5所示，由图5可以看出，实施例2制备的氧化铜纳米片表面没有任何颗粒。
对本发明实施例2制备的铂单原子负载的铜纳片结构进行能量色散X射线光谱检测，检测结果如图6所示，由图6可以看出，铂元素均匀的分布在氧化铜纳米片的表面。
实施例3
钯纳米颗粒的制备
将7.5mL的4mmol/L的H2PdCl4溶液与10mL的乙二醇混合，再在混合液中加入32.5mL的水，室温下搅拌均匀，100℃反应3h，得到钯纳米颗粒溶液。
按照实施例1的方法制备得到氧化铜纳米片。
将30mg的上述氧化铜纳米片分散于10mL的水中，搅拌20min，与5mL上述钯纳米颗粒溶液混合搅拌3min，离心后水洗1次，醇洗2次，60℃下干燥6h，得到负载钯纳米粒子的氧化铜纳米结构。
将上述负载钯纳米粒子的氧化铜纳米片结构置于管式炉中，在氢氩气氛下(氩气：氢气体积比为95:5)，以1℃/min的升温速率升温至200℃，煅烧1h后自然降温，得到钯单原子负载的铜纳片结构。
对本发明实施例3制备的负载钯纳米粒子的氧化铜纳米结构进行透射电镜表征，检测结果如图7所示，由图7可以看出，钯纳米颗粒均匀分散在氧化铜纳米片表面。
对本发明实施例3制备的钯单原子负载的铜纳片结构进行透射表征，检测结果如图8所示，由图8可以看出，实施例3制备的铜纳米片表面没有任何颗粒。
对本发明实施例3制备的钯单原子负载的铜纳片结构进行能量色散X射线光谱检测，检测结果如图9所示，由图9可以看出，钯元素均匀的分布在氧化铜纳米片的表面。
由以上实施例可知，本发明提供了一种单原子负载的铜纳米结构的制备方法，包括：将氧化铜纳米结构和金属纳米颗粒材料混合，将得到的负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构进行煅烧，得到单原子负载的铜纳米结构。本发明以氧化铜纳米结构为模板材料，采用煅烧法制备得到单原子负载的铜纳米结构，生长在铜纳米片表面的单原子均匀。本发明提供的制备方法操作简单，无需复杂设备，条件温和，模板材料容易获得，过程可控，原材料来源广泛，有利于工业化实现，所制备出的单原子负载的铜纳米结构在催化、能源存储、光电探测等领域具有非常广泛的应用前景。
以上对本发明提供的单原子负载的铜纳米结构及其制备方法和应用进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种单原子负载的铜纳米结构的制备方法，包括：
将氧化铜纳米结构和金属纳米颗粒在溶剂中混合，得到负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构；
将所述负载金属纳米粒子的氧化铜纳米结构在氢氩气氛中进行煅烧，得到单原子负载的铜纳米结构；
所述氢氩气氛的流速为0.01～50mL/min；
所述煅烧过程中的升温速率为0.01～10℃/min；
所述的煅烧温度为100～2000℃；
所述的煅烧时间大于10min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒中的金属选自VIII族金属、III B族金属、IV B族金属、V B族金属、VI B族金属、VII B族金属、I B族金属和II B族金属中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化铜纳米结构选自氧化铜零维、一维和二维纳米结构中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇、丙三醇、苯、苯酚、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、1-十八烯和油胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒的直径为0.1～100nm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铜零维纳米结构的直径为0.1～100nm；
所述氧化铜一维纳米结构的直径小于等于100nm；
所述氧化铜二维纳米结构的厚度为小于等于100nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合时间为0.5～120min；
所述混合的温度为-30～300℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氩气氛中氢气的体积分数小于20％。
9.一种权利要求1所述的方法制备得到的单原子负载的铜纳米结构。
10.一种权利要求9所述的单原子负载的铜纳米结构在催化、电子器件、能源存储和光电探测领域的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113020614A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 中国科学技术大学 铜基单原子合金催化剂及其制备方法、应用、二氧化碳电还原制备甲酸的膜电极电解质电池
CN113279013A (zh) * 2021-05-24 2021-08-20 北京化工大学 一种用于二氧化碳电还原的单原子合金纳米线催化剂及其制备方法
CN116272988A (zh) * 2023-02-22 2023-06-23 江苏延长桑莱特新能源有限公司 一种二维Ti0.91O2单层纳米片上负载Cu单原子的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1827218A (zh) * 2006-03-30 2006-09-06 上海工程技术大学 负载型纳米铜镍催化剂制备方法及用于醇胺氧化脱氢反应
CN102974365A (zh) * 2012-12-12 2013-03-20 天津工业大学 负载型高分散多组份贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法
WO2013158272A1 (en) * 2012-04-17 2013-10-24 Momentive Performance Materials Inc. High activity catalyst for hydrosilylation reactions and methods of making the same
CN103638962A (zh) * 2013-12-09 2014-03-19 江苏大学 一种Ni/Cu/SBA-15复合催化剂的制备及其应用
CN104923254A (zh) * 2015-05-28 2015-09-23 中国科学技术大学 一种铜基贵金属催化剂、其制备方法与应用
CN106378141A (zh) * 2016-11-14 2017-02-08 中国科学技术大学 ZnO/Cu纳米晶复合材料及其制备方法和应用
CN106544694A (zh) * 2016-11-30 2017-03-29 中国科学技术大学 金属复合材料、其制备方法及应用、制氢电解槽

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1827218A (zh) * 2006-03-30 2006-09-06 上海工程技术大学 负载型纳米铜镍催化剂制备方法及用于醇胺氧化脱氢反应
WO2013158272A1 (en) * 2012-04-17 2013-10-24 Momentive Performance Materials Inc. High activity catalyst for hydrosilylation reactions and methods of making the same
CN102974365A (zh) * 2012-12-12 2013-03-20 天津工业大学 负载型高分散多组份贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法
CN103638962A (zh) * 2013-12-09 2014-03-19 江苏大学 一种Ni/Cu/SBA-15复合催化剂的制备及其应用
CN104923254A (zh) * 2015-05-28 2015-09-23 中国科学技术大学 一种铜基贵金属催化剂、其制备方法与应用
CN106378141A (zh) * 2016-11-14 2017-02-08 中国科学技术大学 ZnO/Cu纳米晶复合材料及其制备方法和应用
CN106544694A (zh) * 2016-11-30 2017-03-29 中国科学技术大学 金属复合材料、其制备方法及应用、制氢电解槽

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHENG DU,ETAL: "Recent developments in copper-based,non-noble metal electrocatalysts for the oxygen reduction reaction", 《催化学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113020614A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 中国科学技术大学 铜基单原子合金催化剂及其制备方法、应用、二氧化碳电还原制备甲酸的膜电极电解质电池
CN113279013A (zh) * 2021-05-24 2021-08-20 北京化工大学 一种用于二氧化碳电还原的单原子合金纳米线催化剂及其制备方法
CN116272988A (zh) * 2023-02-22 2023-06-23 江苏延长桑莱特新能源有限公司 一种二维Ti0.91O2单层纳米片上负载Cu单原子的方法

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