爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法技术

本发明专利技术涉及多金属催化剂的制备领域，具体是一种爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法。石墨烯负载铜铈双金属催化剂是在马弗炉中进行，通过升温使坩埚内压力增大，致使石墨烯层间吸附的水分子瞬间汽化而产生爆炸。本发明专利技术以石墨烯作为载体，充分利用石墨烯的层状结构，通过超声的方式，使水分子吸附在氧化石墨烯的层间，随着温度升高和压力增大，水分子汽化，石墨烯层膨开发生爆炸。在爆炸过程中，前驱体盐分解，生成金属氧化物，还原后得到金属颗粒较小，制备出了分布均匀的石墨烯负载多金属催化剂。

Rapid preparation of graphene supported multi metal catalysts by explosive method

The invention relates to the preparation field of multi metal catalyst, in particular to a method for rapidly preparing graphene supported multi metal catalyst by explosion method. Graphene supported copper cerium bimetallic catalyst is carried out in a muffle furnace, heating the crucible by pressure increases, resulting in a graphene layer between the adsorbed water molecules and produce explosive vaporization. The invention uses graphene as a carrier, make full use of the layered structure of graphene, by ultrasonic method, the water molecules adsorbed on graphene oxide layer, with the increase of temperature and pressure, water molecules, the graphene layer inflated explosion. In the process of explosion, the precursor salt decomposition, formation of metal oxides, metal particles obtained after reduction is small, and prepared graphene uniformly distributed load multi metal catalyst.

【技术实现步骤摘要】
爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法
本专利技术涉及多金属催化剂的制备领域，具体是一种爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法。
技术介绍
碳酸二甲酯(DMC)是一种绿色化学品，可以作为合成中间体、高品质溶媒以及油品添加剂。碳负载铜催化剂因毒性小，原料廉价易得等特点，常用于合成碳酸二甲酯。石墨烯是碳原子以sp2杂化呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，具有优异的电学、光学、热学和机械性能，常被用做催化剂的载体。双金属催化剂为近几年的研究热点，在传统单金属催化剂的基础上，加入第二种金属，由于化学组成和微观结构的变化，双金属催化剂与单一金属材料相比具有不同的性质。增加了催化剂的活性位点，提高催化剂的反应活性和选择性。常见的双金属催化剂的方法主要为浸渍法，制备出的双金属催化剂活性组分分布不均匀，容易发生团聚，降低了催化活性，因此想要制备出颗粒较小，分布均匀的催化剂，开创新的制备方法势在必行。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有双金属催化剂的活性组分分布不均匀，容易发生团聚，降低了催化活性等问题，提供了一种爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法，包括如下步骤：(1)、制备氧化石墨烯(2)、制备石墨烯负载多金属催化剂前驱体将氧化石墨烯粉与至少两种金属盐的水溶液混合，在25℃水浴中超声处理10分钟；将超声后的混合物放入60℃的鼓风烘箱内，烘干处理12小时，得到石墨烯负载多金属催化剂前驱体；(3)、制备石墨烯负载多金属催化剂石墨烯负载多金属催化剂前驱体研磨，置于带盖的容器中，然后以10℃/min的升温速率进行升温，听到容器内的产生“砰”的声音后，结束升温，冷却至室温；收集容器内的物质，然后置于在H2和N2(载气)的混合气氛中升温且保温对多金属的氧化物进行还原，然后冷却至室温，制得石墨烯负载多金属催化剂。在本专利技术技术方案中的“砰”的声音指的是石墨烯层膨开发生爆炸的声音，其声音类似玉米爆开形成爆米花的声音。本专利技术步骤(3)中之所以将石墨烯负载多金属催化剂前驱体研磨后置于带盖的容器(非密闭)，是为了使得容器内在升温后形成较小的压力空间，促进石墨烯层膨开发生爆炸。作为本专利技术技术方案的进一步改进，在进行步骤(2)之前，步骤(1)制备好的氧化石墨烯粉进行前处理，所述前处理步骤为：将称量好的氧化石墨烯粉放入25℃的真空烘箱中，打开真空泵，到烘箱内真空度为-0.05MPa，保持12小时。进行前处理的氧化石墨烯粉相对于未进行前处理的氧化石墨烯粉，真空条件可以清除氧化石墨烯层中的吸附杂质，具有有利于水分子吸附等优势。作为本专利技术技术方案的进一步改进，对多金属的氧化物进行还原时的升温速率为3℃/min，保温温度为450℃，保温时间2小时。由于不同的金属氧化物所需要的保温温度不同，但是为了方便处理、简化步骤，专利技术人对金属催化剂常使用的金属氧化物进行试验，发现升温至450℃且保温时间2小时便能够足够把各种经常使用的金属氧化物进行还原。本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，以石墨烯作为载体，充分利用石墨烯的层状结构，通过超声的方式，使水分子吸附在氧化石墨烯的层间，随着温度升高和压力增大，水分子汽化，石墨烯层膨开发生爆炸。在爆炸过程中，前驱体盐分解，生成金属氧化物，还原后得到金属颗粒较小，制备出了分布均匀的石墨烯负载多金属催化剂。此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备速度快，成本低，产物为黑色絮状物体，产物纯度高，反应活性高，为单金属催化剂的两倍，是十分先进的快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法。附图说明图1为石墨烯负载多金属催化剂的制备流程图。其中在马弗炉中爆炸为最重要的过程。图2为本专利技术实施例制备的石墨烯负载铜铈双金属催化剂。图中可知：石墨烯为透明的纱状结构，金属颗粒较小，约为20nm，在石墨烯表面分散均匀，不易形成团聚。具体实施方式具体实施时使用的化学物质材料为：石墨、高锰酸钾、硝酸钠、硝酸铜、硝酸铈、盐酸、浓硫酸、双氧水、去离子水、氮气、氢气，其准备用量以克、毫升、厘米3为计量单位。实施例：(1)、制备氧化石墨烯①配置盐酸水溶液量取盐酸10mL±0.001mL，去离子水190mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌3min使混合均匀，得盐酸水溶液。②制备氧化石墨量取40mL±0.001mL浓硫酸加入至250mL烧杯中，待用。称取2g±0.001g石墨粉，待用。称取1.2g±0.001g硝酸钠，待用。称取7g±0.001g高锰酸钾，待用。将装有浓硫酸的烧杯放在冰水浴中搅拌，同时加入称量好的石墨粉和硝酸钠固体，搅拌5min后缓慢加入称量好的高锰酸钾固体，控制温度不超过20℃的条件下搅拌5min，后升温至35℃恒温搅拌3h，分5次加入250mL去离子水，最后加入10mL±0.001mL30％双氧水，继续搅拌5min后趁热过滤。③洗涤、干燥氧化石墨用盐酸水溶液冲洗滤饼两次，去离子水冲洗三次后，将滤饼放入60℃的真空干燥箱内烘干20h。④制备氧化石墨烯悬浮液称取0.2g±0.001g氧化石墨，放入烧杯中。量取200mL±0.001mL去离子水，加入放有氧化石墨的烧杯中，充分搅拌，再超声波处理1h得氧化石墨烯悬浮液。⑤抽滤、干燥将超声处理后氧化石墨烯悬浮液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，滤液液抽至滤瓶中。将滤饼放入60℃的真空干燥箱内烘干12h。(2)、制备石墨烯负载铜铈双金属催化剂前驱体石墨烯负载铜铈双金属催化剂前驱体的制备是在真空保护，超声处理，鼓风烘干的条件下完成的：①氧化石墨烯前处理称取0.1000g±0.001g氧化石墨烯粉，放入10mL烧杯。将称量好的样品放入25℃的真空烘箱中，打开真空泵，到烘箱内真空度为-0.05MPa，保持12小时。②配置硝酸铜水溶液称取0.020g±0.001g硝酸铜，量取去离子水2mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌5min，成硝酸铜水溶液。③配置硝酸铈水溶液称取0.012g±0.001g硝酸铈，量取去离子水2mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌5min，成硝酸铈水溶液。④石墨烯负载铜铈双金属催化剂前驱体将真空处理后的氧化石墨烯粉，硝酸铜和硝酸铈的水溶液混合，在25℃水浴中超声处理10分钟。将超声后的混合物放入60℃的鼓风烘箱内，烘干12小时。(3)、制备石墨烯负载铜铈双金属催化剂石墨烯负载铜铈双金属催化剂是在马弗炉中进行，通过升温使坩埚内压力增大，致使石墨烯层间吸附的水分子瞬间汽化而产生爆炸：①研磨将石墨烯负载铜铈双金属催化剂前驱体用玛瑙研钵、研棒研磨。②马弗炉中加热称取研磨好的石墨烯负载铜铈双金属催化剂前驱体放入带盖的坩埚内；将坩埚放入马弗炉内，以10℃/min的升温速率进行升温；听到石墨烯层膨开的声音(“砰”的声音)后，此时马弗炉内的温度为210℃，结束升温程序，冷却至室温。③还原收集马弗炉中制备的样品，放入灰皿中。将灰皿放入管式炉的石英管中，在H2和N2的混合气氛中进行还原；升温速率为3℃/min，升至450℃，保持2小时，自然冷却；冷却至室温，拆开管式炉，取出产品。④保存、记录将制备得到的石墨烯负载多金属催化剂装入样品袋中，贴好标签，置于干燥器内，密闭保存。(4)、检测、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）、制备氧化石墨烯（2）、制备石墨烯负载多金属催化剂前驱体将氧化石墨烯粉与至少两种金属盐的水溶液混合，在25℃水浴中超声处理10分钟；将超声后的混合物放入60℃的鼓风烘箱内，烘干处理12小时，得到石墨烯负载多金属催化剂前驱体；（3）、制备石墨烯负载多金属催化剂石墨烯负载多金属催化剂前驱体研磨，置于带盖的容器中，然后以10℃/min的升温速率进行升温，听到容器内的产生“砰”的声音后，结束升温，冷却至室温；收集容器内的物质，然后置于在H2和N2的混合气氛中升温且保温对多金属的氧化物进行还原，然后冷却至室温，制得石墨烯负载多金属催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种爆炸法快速制备石墨烯负载多金属催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）、制备氧化石墨烯（2）、制备石墨烯负载多金属催化剂前驱体将氧化石墨烯粉与至少两种金属盐的水溶液混合，在25℃水浴中超声处理10分钟；将超声后的混合物放入60℃的鼓风烘箱内，烘干处理12小时，得到石墨烯负载多金属催化剂前驱体；（3）、制备石墨烯负载多金属催化剂石墨烯负载多金属催化剂前驱体研磨，置于带盖的容器中，然后以10℃/min的升温速率进行升温，听到容器内的产生“砰”的声音后，结束升温，冷却至室温；收集容器内的物质，然后置于在H2和N2的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：任军，史瑞娜，刘树森，赵金仙，李海霞，程铭，侯晓雄，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14