[發明專利]生物質碳基與銅和/或氧化亞銅的雜化材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610007075.1
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105521783A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 馬明國;劉姍;劉艷軍;董閆閆;付連花;許鳳;張學銘
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J21/18;C02F1/32;C02F101/38
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 朱梅;張皓

技術領域

本發明涉及復合雜化材料合成領域，具體而言，涉及一種生物質碳基復 合雜化材料及其制備方法，特別涉及一種生物質碳基與銅和/或氧化亞銅的雜 化材料及其制備方法。

背景技術

碳材料以其優良的耐熱性能、高導熱系數、良好的化學惰性、高電導率 等優點，被廣泛應用于冶金、化工、機械、電子、航空等領域。近年來，由 于化石資源的短缺，碳材料的發展和應用受到了限制。生物質資源如林業生 物質、農業廢棄物、水生植物、能源植物等屬于可再生資源而成為化石資源 的替代品，而且大部分生物質資源都含有豐富的碳元素，成為制備各種碳材 料的豐富原料。如今，采用環保工藝、以廉價的生物質為原料制備功能性材 料已經是一個非常有吸引力的課題。最近，很多研究都集中在利用生物質制 備功能性碳材料上，它的意義涵蓋了經濟、環保和社會等問題。

氧化亞銅是一種對可見光響應的p型半導體材料，其禁帶寬度約為2.0 eV，它晶格中的3d和4s軌道由于銅原子之間的距離而不再重疊，在體系中 形成了由一個全充滿的價帶和一個空的導帶構成的半導體能帶，在信息功能 材料、催化、光電、磁性材料等方面具有廣泛的應用前景。Cu₂O無毒，制 備成本低，可以直接利用太陽光將有機物降解，不產生二次污染物，理論利 用效率較高，是一種極具開發前景的綠色環保催化劑之一。近年來，也有許 多關于Cu₂O的制備和應用的研究。例如，王佳興等采用化學還原法，通過 控制溶液中葡萄糖的濃度和pH值制備出具有不同形狀和粒徑的氧化亞銅納 米顆粒，測定了氧化亞銅納米顆粒作為防污劑在海水中存在釋放速率(王佳 興，張劍鋒，趙文杰等；中國表面工程；2015,28,2)；Sui等利用原位氧化蝕 刻法，先后加入檸檬酸鈉和葡萄糖兩種還原劑，制備了截斷八面體{110}晶面 被蝕刻的Cu₂O納米籠，該納米籠的壁厚為60nm，外徑為700nm，具有高 度的幾何對稱性(SuiYM，ZengY，ZhengWT，etal.Synthesisofpolyhedron hollowstructureCu₂Oandtheirgas-sensingproperties[J].Sens.ActuatorsB， 2012，171-172：135-140.)。

但由于Cu₂O中的銅是正一價，長期使用會不穩定，易被氧化為二價銅； Cu₂O粉末易聚集成為大顆粒，從而影響其在光催化降解過程中的利用率；且 Cu₂O是一種具有較窄禁帶寬度而導帶位置較高的半導體，存在著由于光生電 子和空穴復合所導致的催化效率不高的問題。因此目前國內外關于氧化亞銅/ 碳復合材料或銅/碳復合材料制備方法的研究眾多。例如申請號為 CN201310436145.1的中國發明專利公開了一種超聲波制備碳/石墨烯負載氧 化亞銅納米級結構雜化材料的方法，但該方法中需將還原石墨烯(rGO)、 芘衍生物和二價銅鹽在有機溶劑中反應，操作較復雜，同時有機溶劑污染環 境。又如申請號為CN201410220084.X的中國發明專利公開了一種激光液相 燒蝕法合成氧化亞銅-碳納米管復合物的方法，但其需將碳納米管加入濃硫酸 和濃硝酸的混合酸溶液中，攪拌混勻，超聲，抽濾出碳納米管。眾所周知使 用硝酸或硫酸較危險，其工藝要求較高。再例如申請號為CN201110459158.1 的中國發明專利公開了一種銅/碳納米管復合超疏水材料的制備方法，該法所 制得的疏水材料具有高導熱、高導電、超疏水性能，但處理過程較復雜，且 需要高溫，高壓條件，設備要求較高。

發明內容

為了克服以上現有技術的問題，本發明的發明人開發了本發明，本發明 制備的生物質碳基與銅和/或氧化亞銅的雜化材料，以環境友好的纖維素為碳 源。所用纖維素原料來源廣泛、價格低廉，可以顯著降低復合材料的成本。 同時利用微波法，節省了反應時間與能耗，使該制備方法操作簡單，快速節 能的選擇性制備出生物質碳基負載銅或氧化亞銅的復合材料。

根據本發明的一個方面，本發明的一個目的是提供一種生物質碳基與銅 和/或氧化亞銅的雜化材料的制備方法，所述方法工藝簡單，生產成本較低， 環保節能。所述制備方法包括以下步驟：