[發明專利]Cu納米晶及制備不同形貌Cu納米晶催化劑的拓撲化學還原法

有效

• 申請號: 201410245554.8
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104014784A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 黃偉新;張振華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/22;B01J23/72;C10K3/04;C01B3/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 孟卜娟;賈玉忠

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體涉及不同形貌的納米材料及其制備方法，特別涉及采用不同形貌的Cu₂O納米晶作為前驅體在還原氣氛下拓撲還原形成不同形貌Cu納米晶材料及其制備方法，確切地說是一種能夠應用于水汽變換反應不同形貌Cu納米晶材料的制備方法。

背景技術

Cu作為一種廉價的金屬材料，在催化反應中具有極其廣泛的應用，在工業上廣泛應用于加氫過程，包括甲醇合成及水汽變換反應等，其在化學、化工、能源成產中占有極其重要的地位。

目前在科學研究中，合成形貌規整的Cu納米晶具有很大的難度，因而大量研究Cu納米晶的形貌效應僅存在于模型催化和理論計算中，在實體納米催化研究中很少有這方面的涉及，因此合成形貌規整的Cu納米晶在科學研究中具有極其重要的意義。

近年來，燃料電池由于其高效、清潔的特性而受到人們廣泛的青睞，而在工業上氫氣的產生是通過烴類物質的重整得到的，其重整過程不可避免的伴隨著8～10％的CO，而CO對于燃料電池電極具有強烈的毒化作用，因此在最終將CO降低到10～50ppm之前，有效的利用水汽變換反應將所產生的CO轉化成氫氣和CO₂是極其重要的步驟。目前工業上水汽變換反應低溫催化劑是Cu/ZnO/Al₂O₃催化劑，但是在Cu/ZnO/Al₂O₃催化劑中各組分所起的作用存在一定的爭議，目前公認的結果為Cu為水汽變換反應的催化中心，因此，合理的研究Cu的性質是一項具有重大意義的事情。目前，現有技術中未見有采用不同形貌的Cu₂O納米晶作為前驅體在還原氣氛下拓撲還原形成不同形貌Cu納米晶材料及其制備方法的報道。

發明內容

本發明旨在提供一種基于拓撲還原這一合成方法理論，簡單的利用不同形貌的Cu₂O在還原氣氛下拓撲還原而得到相應的Cu納米晶，及其制備方法，并利用水汽變換反應來進一步佐證采用這一合成方法合成不同形貌的Cu納米晶催化劑具有廣泛的應用前景。

本發明的上述目的是通過下面的技術方案加以實現的：

Cu納米晶，采用立方體或八面體或十二面體的不同形貌的Cu₂O作為前驅體，首先合成立方體、八面體和十二面體三種不同形貌的Cu₂O納米晶，并對相應的帶保護劑的八面體和十二面體進行除保護劑處理，利用CO，H₂或CO+H₂O拓撲還原得相應的形貌規整的Cu納米晶。

Cu納米晶，采用立方體或八面體或十二面體的不同形貌的Cu₂O作為前驅體，首先合成立方體、八面體和十二面體三種不同形貌的Cu₂O納米晶，并對相應的帶保護劑的八面體和十二面體進行除保護劑處理：

取Cu₂O放入管式爐中，然后通入1％-10％CO/Ar還原氣，以1-5℃/min的升溫速率從室溫升至對應的溫度：立方體至200-250℃，八面體至250-300℃，十二面體至250-300℃后，恒溫1-2h，然后自然降至室溫，繼而得到相應的形貌規整的Cu納米晶。

取Cu₂O放入管式爐中，然后通入1％-10％H₂/Ar還原氣，以1-5℃/min的升溫速率從室溫升至對應的溫度：立方體至250-300℃，八面體至250-300℃，十二面體至300-350℃后，恒溫1-2h，然后自然降至室溫，繼而得到相應的形貌規整的Cu納米晶。

取Cu₂O放入管式爐中，然后通入1％-10％CO+5％-15％的H₂O/Ar還原氣，以1-5℃/min的升溫速率從室溫升至對應的溫度：立方體至200-250℃，八面體至250-300℃，十二面體至250-300℃后，恒溫1-2h，然后自然降至室溫，繼而得到相應的形貌規整的Cu納米晶。

本發明還提供了制備所述的Cu納米晶的拓撲化學還原法，其中利用CO拓撲還原合成形貌規整的Cu納米晶的方法是將合成得到的不同形貌的Cu₂O納米晶置于管式爐中，采用1％-10％CO/Ar作為還原氣，以1-5℃/min的升溫速率從室溫升至對應的溫度后，恒溫1-2h，然后自然降至室溫，繼而得到相應的Cu納米晶；所述對應的溫度是指立方體升至200-250℃，八面體升至250-300℃，十二面體升至250-300℃。