[發明專利]銅摻雜石墨烯催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201710593704.8
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107262095B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 任軍;侯曉雄;史瑞娜;劉樹森;趙金仙
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴;李曉娟

本發明涉及納米材料修飾和催化領域，具體是一種銅摻雜石墨烯催化劑的制備方法。本發明直接以金屬銅摻雜石墨烯為催化劑，采用液相法、超聲處理和管式爐焙燒制得催化劑。此制備方法操作簡單，工藝先進，原料成本低，數據精確翔實，制備速度快，是合成碳酸二甲酯催化劑的十分理想的一種方法。所得的銅單原子摻雜石墨烯催化劑既有石墨烯導熱性能好，原料廉價易得等優點，又具有高活性，高選擇性和高穩定性等優點，是一種很好的催化劑。

技術領域

本發明涉及納米材料修飾和催化領域，具體是一種銅摻雜石墨烯催化劑的制備方法。

背景技術

石墨烯是碳原子以sp2雜化呈蜂巢晶格排列構成的單層二維晶體，具有優異的電學、光學、熱學和機械性能，常被用做催化劑的載體。石墨烯摻雜銅催化劑用于合成碳酸二甲酯，其具有導熱性能好，原料廉價易得等優點。石墨烯具有上下兩方面的比表面積，作為支撐載體，可供金屬納米粒子反復地鑲嵌與脫嵌的結構應變，可表現出良好的循環性能。同時金屬納米粒子也具有較大的比表面積和強的催化性能，所以這種摻雜法可使得制備出的納米復合材料比表面積明顯增大，更有利于電子遷移或儲氫空間的擴大及活性的增強。因此可以通過摻雜銅改變碳原子的自旋密度和電荷分布，從而使石墨烯表面產生“活性位點”，這些活性位點可以直接參與催化反應，提高催化活性。為提高催化劑的活性，專利CN103372428A以貴金屬鉑作為活性組分，但這種方法增加了生產成本，不易推進到工業生產中。

銅摻雜石墨烯具有比石墨烯更高的化學活性，有優良的導熱性能，是一種良好的催化劑載體，納米晶體催化具有高活性，高選擇性和高穩定性等優點，因此銅摻雜石墨烯催化劑在催化領域具有很大的潛力。

發明內容

本發明為了解決現有技術生產成本過高，不易推進到工業生產中的問題，提供了一種銅摻雜石墨烯催化劑的制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：銅摻雜石墨烯催化劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）銅配合物的制備

將硝酸銅溶完全溶解于水中，加熱并在攪拌下滴加氨水至沉淀溶解，再加入NaOH溶液，抽濾洗滌至表面無NO-，從而得到氫氧化銅固體并干燥；將甘氨酸溶解于水中，加熱至65℃恒溫攪拌加入新制氫氧化銅，不斷攪拌下水浴加熱15min，趁熱過濾抽濾，加入水直火加熱，80℃時開始析出鱗片狀晶體，隨著溫度上升晶體析出速度加快，制得甘氨酸合銅；

（2）銅摻雜石墨烯

①還原氧化石墨烯

將氧化石墨烯分散于水溶液中進行超聲處理2小時，然后向其中加入水合肼，在90℃水浴條件下攪拌加熱2小時，抽濾過濾，用去離子水洗滌，最后干燥，得到石墨烯粉末；

②銅摻雜石墨烯

將制得的甘氨酸合銅和石墨烯粉末混合溶于水溶液，進行超聲處理2小時，然后過濾抽濾并干燥，將干燥后的混合物置于氮氣氣氛230℃條件下焙燒2小時，得到銅摻雜石墨烯催化劑。

本發明制備獲得的銅摻雜石墨烯呈現出鐵磁性特征，并且能夠改變碳原子的自旋密度和電荷分布，從而使石墨烯表面產生“活性位點”，這些活性位點可以直接參與催化反應，提高催化活性。

對所制備獲得的銅摻雜石墨烯催化劑的色澤、化學物理性能進行檢測、分析、表征；用X-射線粉末衍射儀進行晶相分析；結論：銅摻雜石墨烯催化劑為黑色粉體，產物純度達99.5%，反應活性高，催化性能好。

本發明與背景技術相比具有明顯的先進性，以金屬銅摻雜石墨烯，采用液相法、超聲處理和管式爐焙燒制得催化劑。此制備方法操作簡單，工藝先進，原料成本低，數據精確翔實，制備速度快，是合成碳酸二甲酯催化劑的十分理想的一種方法。所得的銅摻雜石墨烯催化劑既有石墨烯導熱性能好，原料廉價易得等優點，又具有高活性，高選擇性和高穩定性等優點，是一種很好的催化劑。

附圖說明