本发明专利技术公开了一种以Ｆｅ－Ｙ催化剂在Ｃｕ载体上化学气相沉积制备碳纳米洋葱的方法，属于碳纳米洋葱的制备技术。该方法过程包括：将铜粉与九水合硝酸铁、六水合硝酸钇配制混合溶液，加人氢氧化钠得三元胶体，再经过滤、烘干、煅烧得到Ｆｅ－Ｙ－Ｃｕ催化剂前驱体；前驱体在氩气保护下，进行氢气还原及与碳源气反应后，经去除载体与杂质、水洗涤、过滤得到碳纳米洋葱。本发明专利技术优点：该方法工艺过程简单，成本低，所得碳纳米洋葱产量高、尺寸均匀，适用于制备金属基复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以i^e-Y催化剂在Cu载体上化学气相沉积制备碳纳米洋葱的方 法，属于碳纳米洋葱的制备技术。
技术介绍
碳纳米洋葱的发现，为碳纳米材料的研究开辟了又一新的研究领域，其特殊的结 构使其具有独特的物理和化学性能，对其应用的研究已受到了广泛的重视。碳纳米洋葱具 有优异的自润滑性能与抗压性能、良好的非线性光学性能和紫外线吸收性能、优良的磁学 性能以及化学稳定性，可以用于纳米润滑剂、磁存储材料、静电复印术、光磁记录材料、药物 成像以及化学上稳定的反应团簇与具有特殊性能的催化剂等。制备碳纳米洋葱的方法主要有电弧放电法、电子束照射法、热解法与化学气相沉 积(CVD)法等。其中，CVD法工艺简单，可控性强，避免了高温高能条件，制备出的碳纳米洋 葱纯度高，是目前研究最多、应用最广泛的碳纳米洋葱制备方法。CVD法制备碳纳米洋葱多 采用具有高催化活性的过渡金属(Fe、Co、Ni)作为催化剂，采用金属氧化物作为载体。用纯 金属作为载体的报道并不多见。用I^e-Y作为催化剂，Cu粉作为载体，采用CVD法制备碳纳 米洋葱的方法，尚未见相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以i^e-Y催化剂在Cu载体上化学气相沉积制备碳纳米 洋葱的方法，该方法工艺过程简单，成本低，所得碳纳米洋葱产量高、尺寸均勻，适用于制备 金属基复合材料。本专利技术是通过以下技术方案实现的，一种以i^e-Y催化剂在Cu载体上化学气相沉 积制备碳纳米洋葱的方法，其特征在于包括以下过程1)将铜粉用无水乙醇超声3-lOmin，以九水合硝酸铁中的铁与六水合硝酸钇中的 钇，及与铜粉按狗Y Cu质量比为0 8) 0 8) (92 84)，且其中铁与钇 等质量，三者质量分数之和为100%，将九水合硝酸铁加入去离子水中制得含!^3+浓度为 0. 008-0. 02mol/L的溶液，再向该溶液加入六水合硝酸钇及经无水乙醇超声处理的铜粉制 得混合溶液，按混合溶液中的九水合硝酸铁和六水合硝酸钇与氢氧化钠摩尔比为1 (3 3. 2)，在搅拌下向混合溶液中加入浓度为0. 1 0. 5mol/L的氢氧化钠溶液进行反应至中 和结束，得到1 (OH) 3-Y (OH) 3-Cu三元胶体，用去离子水和无水乙醇分别对三元胶体进行洗 涤，经过滤后，三元胶体在80-120°C下烘干，并在管式炉中于300 450°C温度下煅烧2-4h， 得到!^e-Y-Cu催化剂前驱体。2)将步骤1)制得的!^e-Y-Cu催化剂前驱体置于瓷质方舟中，将瓷质方舟放入管 式炉恒温区，在氩气保护下，以升温速率10°C /min升温至450 550°C，通入流量为50 lOOmL/min的氢气还原1 2h，之后通入氩气，升温至600 750°C，按流量为300 500mL/min通入体积比为4 7 1的氩气与甲烷混合气体，进行甲烷裂解反应30 60min后，在 氩气保护下随炉冷却至室温，得到催化剂与碳纳米洋葱的混合粉末，将混合粉末置于质量 浓度为65 68%的浓硝酸中浸泡4h以去除载体与杂质，经去离子水洗涤，过滤，得到碳纳 米洋葱。本专利技术方法具有以下优点1)催化剂制备工艺简单，成本低，工艺条件容易控制。2)制得的碳纳米洋葱产量高，尺寸均一，直径为40-60nm，分布均勻，外壁洁净。3)由于采用铜粉作为碳纳米洋葱的生长载体，因此本方法制得的碳纳米洋葱特别 适用于制备碳纳米洋葱-金属复合材料。附图说明图1为本专利技术实施例三制备的碳纳米洋葱的TEM照片。图2为图1的局部放大照片。具体实施例方式实施例一将4. 6g铜粉用无水乙醇超声3min，将其与1. 442g九水合硝酸铁和0. 861g六水 合硝酸钇加入445ml去离子水中配制成混合溶液，然后将0. 7g氢氧化钠配制成175ml水溶 液，在室温磁力搅拌下滴加入上述混合溶液中，得到!^e(OH)3-Y(OH)3-Cu三元胶体，将胶体 用去离子水洗涤，用滤纸过滤，置于干燥箱内在80°C下烘干，之后于管式炉内在氩气保护中 在300°C温度下煅烧4h，得到!^e-Y-Cu催化剂前驱体。取0. 2gFe-Y-Cu催化剂前驱体置于瓷 质方舟中，将方舟放入管式炉恒温区(升温速率10°C /min)，在氩气保护下升温至450°C， 关闭氩气，通入流量为50mL/min的氢气还原2h，之后关闭氢气，重新通入氩气，并升温至 700°C，按流速比为50 250mL/min通入甲烷与氩气的混合气体，进行甲烷裂解反应60min， 反应完毕后，关闭甲烷气体，试样在氩气保护下随炉冷却至室温，得到催化剂与碳纳米洋葱 的混合粉末，之后将混合粉末置于40ml浓度为65%的浓硝酸中浸泡4h，经去离子水洗涤， 过滤，得到碳纳米洋葱。实施例二将4. 2g铜粉用无水乙醇超声5min，将其与2. 884g九水合硝酸铁和1. 721g六水合 硝酸钇加入475ml去离子水中配制成混合溶液，然后将1. 4g氢氧化钠配制成70ml水溶液， 在室温磁力搅拌下滴加入上述混合溶液中，得到狗(OH) 3-Y (OH) 3-Cu三元胶体，将胶体用去 离子水洗涤，用滤纸过滤，置于干燥箱内在80°C下烘干，之后于管式炉内在氩气保护中在 400°C温度下煅烧3h，得到!^e-Y-Cu催化剂前驱体。取0. 2gFe-Y-Cu催化剂前驱体置于瓷质 方舟中，将方舟放入管式炉恒温区(升温速率10°C /min)，在氩气保护下升温至500°C，关 闭氩气，通入流速为lOOmL/min的氢气还原1. 5h，之后关闭氢气，重新通入氩气，并升温至 600°C，按流速比为70 350mL/min通入甲烷与氩气的混合气体，进行甲烷裂解反应45min， 反应完毕后，关闭甲烷气体，试样在氩气保护下随炉冷却至室温，得到催化剂与碳纳米洋葱 的混合粉末，之后将混合粉末置于40ml浓度为65%的浓硝酸中浸泡4h，经去离子水洗涤， 过滤，得到碳纳米洋葱。实施例三将4. 2g铜粉用无水乙醇超声5min，将其与2. 884g九水合硝酸铁和1. 721g六水 合硝酸钇加入400ml去离子水中配制成混合溶液，然后将1. 4g氢氧化钠配制成150ml水 溶液，在室温磁力搅拌下滴加入上述混合溶液中，得到!^e(OH)3-Y(OH)3-Cu三元胶体，将胶 体用去离子水洗涤，用滤纸过滤，置于干燥箱内在100°C下烘干，之后于管式炉内在氩气保 护中在400°C温度下煅烧4h，得到!^e-Y-Cu催化剂前驱体。取0. 2gFe-Y-Cu催化剂前驱体 置于瓷质方舟中，将方舟放入管式炉恒温区(升温速率10°C /min)，在氩气保护下升温至 500°C，关闭氩气，通入流速为80mL/min的氢气还原池，之后关闭氢气，重新通入氩气，并升 温至750°C，按流速比为50 350mL/min通入甲烷与氩气的混合气体，进行甲烷裂解反应 60min,反应完毕后，关闭甲烷气体，试样在氩气保护下随炉冷却至室温，得到催化剂与碳纳 米洋葱的混合粉末，之后将混合粉末置于40ml浓度为68%的浓硝酸中浸泡4h，经去离子水 洗涤，过滤，得到碳纳米洋葱。实施例四将8. 4g铜粉用无水乙醇超声lOmin，将其与5. 769g九水合硝酸铁和3. 442g六水 合硝酸钇加入7Hml去离本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以Ｆｅ－Ｙ催化剂在Ｃｕ载体上化学气相沉积制备碳纳米洋葱的方法，其特征在于包括以下过程：１）将铜粉用无水乙醇超声３～１０ｍｉｎ，以九水合硝酸铁中的铁与六水合硝酸钇中的钇，及与铜粉按Ｆｅ∶Ｙ∶Ｃｕ质量比为（４～８）∶（４～８）∶（９２～８４），且其中铁与钇等质量，三者质量分数之和为１００％，将九水合硝酸铁加入去离子水中制得含Ｆｅ↑［３＋］浓度为０．００８～０．０２ｍｏｌ／Ｌ的溶液，再向该溶液加入六水合硝酸钇及经无水乙醇超声处理的铜粉制得混合溶液，按混合溶液中的九水合硝酸铁和六水合硝酸钇与氢氧化钠摩尔比为１∶（３～３．２），在搅拌下向混合溶液中加入浓度为０．１～０．５ｍｏｌ／Ｌ的氢氧化钠溶液进行反应至中和结束，得到Ｆｅ（ＯＨ）↓［３］－Ｙ（ＯＨ）↓［３］－Ｃｕ三元胶体，用去离子水和无水乙醇分别对三元胶体进行洗涤，经过滤后，三元胶体在８０～１２０℃下烘干，并在管式炉中于３００－４５０℃温度下煅烧～４ｈ，得到Ｆｅ－Ｙ－Ｃｕ催化剂前驱体；２）将步骤１）制得的Ｆｅ－Ｙ－Ｃｕ催化剂前驱体置于瓷质方舟中，将瓷质方舟放入管式炉恒温区，在氩气保护下，以升温速率１０℃／ｍｉｎ升温至４５０～５５０℃，通入流量为５０～１００ｍＬ／ｍｉｎ的氢气还原１～２ｈ，之后通入氩气，升温至６００～７５０℃，按流量为３００～５００ｍＬ／ｍｉｎ通入体积比为４－７∶１的氩气与甲烷混合气体，进行甲烷裂解反应３０～６０ｍｉｎ后，在氩气保护下随炉冷却至室温，得到催化剂与碳纳米洋葱的混合粉末，将混合粉末置于质量浓度为６５－６８％的浓硝酸中浸泡４ｈ以去除载体与杂质，经去离子水洗涤，过滤，得到碳纳米洋葱。...
【技术特征摘要】
1. 一种以i^e-Y催化剂在Cu载体上化学气相沉积制备碳纳米洋葱的方法，其特征在于 包括以下过程1)将铜粉用无水乙醇超声3 lOmin，以九水合硝酸铁中的铁与六水合硝酸钇中的钇， 及与铜粉按1 Y Cu质量比为0 8) 0 8) (92 84)，且其中铁与钇等质量， 三者质量分数之和为100%，将九水合硝酸铁加入去离子水中制得含!^3+浓度为0. 008 0. 02mol/L的溶液，再向该溶液加入六水合硝酸钇及经无水乙醇超声处理的铜粉制得混合 溶液，按混合溶液中的九水合硝酸铁和六水合硝酸钇与氢氧化钠摩尔比为1 (3 3. 2)， 在搅拌下向混合溶液中加入浓度为0. 1 0. 5mol/L的氢氧化钠溶液进行反应至中和结束， 得到!^e (OH) 3-Y (OH) 3-Cu三元胶体，用去离子水...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵乃勤，高峰，师春生，刘恩佐，李家俊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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