一种纳米铜催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米铜催化剂的制备方法。本发明专利技术制备用于催化剂的纳米铜粒子，以硝酸铜为铜源，以廉价的乳糖、麦芽糖或淀粉为螯合剂，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为分散剂。本发明专利技术使用的方法是溶胶凝胶法，为水相反应，制备出的纳米铜粒子尺寸为10nm左右，分散性良好，可以使高氯酸铵的高温分解温度降低80℃，具有良好的催化应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精细化工领域，尤其是用作催化剂的纳米铜粒子的制备方法。
技术介绍
铜纳米颗粒因其特异的物理化学性质而被广泛应用于非线性光学材料、抗菌材料、催化等领域，尤其是作为高档润滑油添加剂更显示了广阔的应用前景。由于纳米铜颗粒具有较大的比表面积和较高的表面能，易使颗粒间相互作用而发生团聚，此外，铜的氧化还原电位相对较低，铜纳米粒子在空气中极易被氧化，上述缺陷极大地限制了其应用范围。国内外已经发展了多种纳米铜催化剂的制备方法。如:中科院宁波材料技术与工程研究所乌学东等人将硝酸铜或者硫酸铜等铜盐和烷基胺、烷基酸等保护剂溶解于二乙二醇二丁醚等有机溶剂中，加热搅拌，再加入一定量的碱性溶液调节pH为7-9，再加入硼氢化钠等还原剂，磁力搅拌一小时，冷却至室温，得到20-70nm的铜颗粒(中国专利201010221315.0)。美国Iittelton公司将铜化合物真空蒸发后用氢还原，得到粒径1-8微米的铜粉(US42004968)。液相还原法制备的纳米粒子具有表面活性高、颗粒形状和粒度易控制等优点，是制备金属铜纳米颗粒的重要途径。Guangjun Zhou等(GuangjunZhou, Mengkai Lu, Zhousen Yang.Langmuir.2006, 22, 5900-5903)以水合餅为还原剂，十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，通过液相还原法制备了粒度均匀、分散性良好、边长尺寸为50nm左右的铜立方体。这些方法除了气相还原法，制备金属铜纳米颗粒大多采用液相还原法，由于其在水相中不稳定，常辅助的加些表面活性剂，带来的制备工艺较复杂，后处理工作较多的不足。因此，开发一种工艺简单、重复性高的优质铜纳米颗粒催化剂的制备方法具有重要的实际价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种溶胶凝胶法制备纳米铜催化剂的方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种小尺寸纳米铜催化剂的制备方法，包括以下步骤:1、溶液的配制将硝酸铜溶解于水中，机械搅拌至澄清后加入螯合剂，最后加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至溶液完全变为澄清；2、前驱体的生成将步骤I制备的混合溶液用保鲜膜密封，再置于干燥箱中干燥，直至形成疏松多孔的前驱体；3、前驱体的煅烧于保护气氛下，将前驱体进行煅烧。步骤I中所述的硝酸铜溶液的摩尔浓度为0.006-0.01mol/L ;螯合剂为乳糖、麦芽糖或淀粉中的任意一种，硝酸铜与螯合剂的摩尔比为1:1-1:5 ;硝酸铜与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的摩尔比为1:2-1:6。步骤2中所述的干燥温度为200-250摄氏度。步骤3中所述的保护气为氮气。步骤3中所述的煅烧温度为500_650°C，煅烧时间为3_6小时。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点；(I)本专利技术实验过程中所使用的螯合剂为乳酸、麦芽糖或淀粉，这几种糖类廉价无毒性，成本低，且操作简单，过程易于操控，重复性良好，制备的纳米铜催化剂的晶粒尺寸为1nm左右，分散均匀，因此，本方法所采用的实验技术路线具有低成本高效且环境友好的特征。(2)本专利技术所制备的纳米铜颗粒的催化性能良好，可以使高氯酸铵的高温热峰峰提前80 V，具有潜在的应用价值。【附图说明】图1为本专利技术实施例1中纳米铜催化剂的TEM图。图2为纯高氯酸铵(a)和本专利技术实施例1中纳米铜/高氯酸铵复合物(b)的DCS对比图。图3为本专利技术实施例1中纳米铜催化剂的XRD图。图4为本专利技术实施例2中纳米铜催化剂的XRD图。图5为本专利技术实施例3中纳米铜催化剂的XRD图。【具体实施方式】下面结合实例和附图对本专利技术进行详细说明。实施例1:将0.1702g硝酸铜溶解于10ml的去离子水，磁力搅拌至硝酸铜完全溶解，然后在硝酸铜溶液中加入1.0SlOg乳糖作为螯合剂，磁力搅拌至溶液澄清后再向溶液中加入0.3996g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，继续搅拌直至聚乙烯吡咯烷酮(PVP)完全溶解，再将混合溶液放于干燥箱中在200°C下干燥直至形成疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于管式炉中密闭，通入氮气进行保护，此时运行管式炉，控制升温速率为15摄氏度/分钟，煅烧温度为500°C，煅烧时间为6小时，在热处理过程中保护气氛一直存在。煅烧结束后，关闭管式炉，当管式炉的温度降为室温后，停止通入保护气，将管式炉中的黑色产物取出。图1为样品的TEM图，从图中看以看出制备的纳米铜催化剂的粒径尺寸为1nm左右。图2为高氯酸铵(2a)和纳米铜颗粒/高氯酸铵复合物(2b)的差热扫描量热(DSC)曲线，从图2可以看出，纯高氯酸铵的DSC曲线有一个吸热峰和两个放热峰，铜纳米颗粒对高氯酸铵的晶型转化过程基本没有影响，但对高氯酸铵的热分解过程产生明显的影响，使高氯酸铵的高温分解温度从445°C变为365°C，降低了 80°C，说明铜纳米颗粒对高氯酸铵的高温分解反应具有明显的催化作用。样品的XRD(图3)结果表明制备的铜纳米颗粒的物相结构为面心立方结构，从图1可以很明显地看出衍射峰具有很大的半高宽，表明产物的晶粒尺寸较小。实施例2:将0.1943g硝酸铜溶解于10ml的去离子水，磁力搅拌至硝酸铜完全溶解，然后在硝酸铜溶液中加入0.8647g麦芽糖作为螯合剂，磁力搅拌至溶液澄清后再向溶液中加入0.3552g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，继续搅拌直至PVP完全溶解，再将混合溶液放于干燥箱中在230°C下干燥直至形成疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于管式炉中密闭，通入氮气进行保护，此时运行管式炉，控制升温速率为15摄氏度/分钟，煅烧温度为600°C，煅烧时间为5小时，在热处理过程中保护气氛一直存在。煅烧结束后，关闭管式炉，当管式炉的温度降为室温后，停止通入保护气，将管式炉中的黑色产物取出。图4为样品的XRD图，分析可知样品为面心立方结构的铜纳米晶。实施例3:将0.2428g硝酸铜溶解于10ml的去离子水，磁力搅拌至硝酸铜完全溶解，然后在硝酸铜溶液中加入0.1620g淀粉作为螯合剂，磁力搅拌至溶液澄清后再向溶液中加入0.2220g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，继续搅拌直至PVP完全溶解，再将混合溶液放于干燥箱中在250°C下干燥直至形成疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于管式炉中密闭，通入氮气进行保护，此时运行管式炉，控制升温速率为15摄氏度/分钟，煅烧温度为650°C，煅烧时间为3小时，在热处理过程中保护气氛一直存在。煅烧结束后，关闭管式炉，当管式炉的温度降为室温后，停止通入保护气，将管式炉中的黑色产物取出。图5为样品的XRD图，分析可知样品为面心立方结构的铜纳米晶。【主权项】1.，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、溶液的配制 将硝酸铜溶解于水中，机械搅拌至澄清后加入螯合剂，最后加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液完全变为澄清； 步骤2、前驱体的生成 将步骤I制备的混合溶液密封，再置于干燥箱中干燥，直至形成疏松多孔的前驱体； 步骤3、前驱体的煅烧 于保护气氛下，将前驱体进行煅烧。2.根据权利要求1所述的纳米铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤I中所述的硝酸铜溶液的摩尔浓度为0.006-0.01mol/L ;螯合剂为乳糖、麦芽糖或淀粉中的任意一种，硝酸铜与螯合剂的摩尔比为1:1-1:5 ;硝酸铜与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1:2-1:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米铜催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、溶液的配制将硝酸铜溶解于水中，机械搅拌至澄清后加入螯合剂，最后加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液完全变为澄清；步骤2、前驱体的生成将步骤1制备的混合溶液密封，再置于干燥箱中干燥，直至形成疏松多孔的前驱体；步骤3、前驱体的煅烧于保护气氛下，将前驱体进行煅烧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李平云，张朋，姜炜，李凤生，刘宏英，郭效德，邓国栋，顾志明，王玉姣，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32