一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法技术

本发明专利技术提供了一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，属新型氧化铜复合材料制备方法。具体步骤包括：将高分子聚合物聚丙烯酰胺溶于水，加热搅拌得到均一溶液；首先向聚丙烯酰胺水溶液中加入铜盐，磁力搅拌；然后将上述样品利用液氮迅速冷冻后再进行真空冷冻干燥得到白色中间产物；最后将中间产物煅烧得到核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料。本发明专利技术的优点是：制备得到的材料粒径较为均一，制备方法操作简便，反应条件温和，生产效率高，而且没有使用有机溶剂、强酸、强碱等，制备工艺绿色环保。制备工艺绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法


[0001]本专利技术涉及微/纳米级氧化铜材料制备领域，具体是涉及一种核壳结构亚微米氧化铜
ꢀ-
聚合物碳骨架材料的制备方法。

技术介绍

[0002]氧化铜是一种铜的黑色两性氧化物，已被广泛应用于催化剂、传感材料、超导材料、热电材料、玻璃、陶瓷、锂离子电池甚至医学等领域。作为催化剂，氧化铜可以提高某些类型反应的反应速率，在对硝基苯胺选择性还原为对苯二胺的反应中，氧化铜是目前在该研究领域中效果较佳的催化剂。在核壳结构中氧化铜作为核，外部有多孔的碳骨架作为支撑，可以提高氧化铜的分散性，提高其催化效果。
[0003]目前制备核壳结构氧化铜的方法有很多，如沉淀法、水热法、醇热法、电化学方法等。例如CN105642286A公开了一种纳米氧化铜@介孔二氧化硅核壳结构材料的制备方法，在醇溶液中溶解铜盐，加入分散剂、致孔剂并加入碱溶液调节pH等，再经过过滤、洗涤、干燥、焙烧等一系列操作得到最终产品；CN103500667B公开了一种CuO-MnO2核壳结构纳米材料的制备方法，利用水热法将铜纳米线分散在强氧化性高锰酸钾溶液中，经多步处理最后得到目标产品；CN109437278A公开了一种基于氧化铜-氧化锡核壳纳米线结构的气敏纳米材料制备工艺，制备过程使用强碱氢氧化钠溶液，经过多次清洗、干燥和氮气吹扫、煅烧等操作，最终得到目标产品；CN106561712A公开了一种核壳结构纳米氧化锌包覆纳米氧化铜的制备方法，制备过程使用表面活性剂，采用两次煅烧的方式，先后制备出纳米氧化铜和核壳结构纳米氧化锌包覆的氧化铜；蒋婷婷.形貌可控纳米氧化铜的制备及其性能研究[D].中国地质大学,2016，以一水合醋酸铜和氢氧化钠为反应原料，抗坏血酸为模板剂合成球形Cu2O，再以钛酸四丁酯为钛源利用两步溶剂合成工艺经退火后制备出CuO@TiO2核壳结构。上述方法在制备过程中普遍存在如下问题：使用大量有机试剂、制备工艺繁琐、操作难度系数大、实验条件要求苛刻。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前存在的上述问题，开发一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，所用试剂不含有机试剂、强酸、强碱等，操作简单，生产效率高，易于大规模制备。
[0005]本专利技术的技术方案：一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，将铜盐加入聚丙烯酰胺水溶液中，经过干燥、煅烧得到最终产物，具体包括以下步骤：
[0006]1)将高分子聚合物聚丙烯酰胺按照一定比例溶于水，加热搅拌得到均一溶液。
[0007]2)向聚丙烯酰胺水溶液中按照一定比例加入铜盐，常温磁力搅拌1小时。
[0008]3)将上述样品用液氮迅速冷冻后再进行真空冷冻干燥得到白色中间产物；最后将中间产物煅烧得到核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料。
[0009]步骤1)中所述的聚丙烯酰胺水溶液按照聚丙烯酰胺与水质量比为0.25％-6％配
制，并在80℃下搅拌得到均一溶液。
[0010]步骤2)中所述的铜盐为醋酸铜、氯化铜、硝酸铜中的一种。
[0011]步骤2)中所述的无水醋酸铜与聚丙烯酰胺的质量比为1:8-3:1。
[0012]步骤3)中煅烧氛围为空气，升温速率为1℃/min-5℃/min，煅烧温度为250℃-600℃，保温时间为2h-5h。
[0013]本专利技术的优势是：1)所使用的溶剂为水，不使用有机溶剂、强酸、强碱等试剂，对环境友好，操作流程简单，对设备的要求较低。2)使用聚丙烯酰胺作为分散剂和软膜板，制备的核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料不易团聚、分散性较好，具有创新性。3)制备得到的核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料，氧化铜的粒径在80nm-180nm之间，核壳材料粒径在1.0μm以内。
附图说明
图1为本专利技术实施例1中核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料的透射电镜图(TEM)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步的阐述，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。实施例1：一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，包括以下步骤：1)将1g聚丙烯酰胺加入50ml去离子水中，在80℃下磁力搅拌30分钟得到聚丙烯酰胺水溶液。2)将1g无水醋酸铜加入上述聚丙烯酰胺水溶液中，搅拌1小时，然后将该样品用液氮迅速冷冻，再放入真空冷冻干燥机中冷冻干燥得到白色中间产物。3)将该白色中间产物放入马弗炉中煅烧，升温速率为3℃/min，在400℃温度下保温4 小时，得到核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料。本实施例所制备的核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料的投射电镜图(TEM)如图1所示。通过图1可以看出，核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料，氧化铜直径为 80-180nm，核壳结构总体直径为1.0μm，粒径分布均匀。实施例2：一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，包括以下步骤：1)将0.25g聚丙烯酰胺加入50ml去离子水中，在80℃下磁力搅拌30分钟得到聚丙烯酰胺水溶液。2)将0.75g无水醋酸铜加入上述聚丙烯酰胺水溶液中，搅拌1小时，然后将该样品用液氮迅速冷冻，再放入真空冷冻干燥机中冻干得到白色中间产物。3)将该白色中间产物放入马弗炉中煅烧，升温速率2℃/min，在250℃温度下保温5小时，得到核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料。实施例3：一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，包括以下步骤：
1)将3g聚丙烯酰胺加入50ml去离子水中，在80℃下磁力搅拌30分钟得到聚丙烯酰胺水溶液。2)将1g无水醋酸铜加入上述聚丙烯酰胺水溶液中，搅拌1小时，然后将该样品用液氮迅速冷冻，再放入真空冷冻干燥机中冻干得到白色中间产物。3)将该白色中间产物放入马弗炉中煅烧，升温速率为5℃/min，在500℃温度下保温2 小时，得到核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料。实施例4：一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，包括以下步骤：1)将1g聚丙烯酰胺加入50ml去离子水中，在80℃下磁力搅拌30分钟得到聚丙烯酰胺水溶液。2)将1g无水氯化铜加入上述聚丙烯酰胺水溶液中，搅拌1小时，然后将该样品用液氮迅速冷冻，再放入真空冷冻干燥机中冻干得到白色中间产物。3)将该白色中间产物放入马弗炉中煅烧，升温速率为3℃/min，在600℃温度下保温2 小时，得到核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料制备方法，其特征在于：用聚丙烯酰胺水溶液在一定条件下溶解铜盐经过干燥得到中间产品，煅烧中间产品得到核壳结构亚微米氧化铜-聚合物碳骨架材料。2.根据权利要求书1所述的聚丙烯酰胺水溶液，其特征在于，聚丙烯酰胺与水的质量比为0.25％-6％，优选1％-4％。3.根据权利要求书1所述的铜盐，其特征在于，所述铜盐选自醋酸铜、氯化铜、硝酸铜中的一种，优选无水醋酸铜。4.根据权利要求书1所述的在聚丙烯酰胺水溶液中溶解铜盐，其特征在于，醋酸铜与聚丙烯酰胺的质量比为1:8-3:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金君素，何思思，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：