[發明專利]一種制備超細金屬及金屬氧化物的方法

在審

• 申請號: 201711134449.7
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107855539A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 姜興茂;童彥杰;聶震;聶天明;劉奇;呂中
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B22F9/20
• 分類號: B22F9/20;C01F5/02;C01F7/02;C01G1/02;C01F17/00;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及納米材料制備技術領域，尤其涉及一種制備超細金屬及金屬氧化物的方法。

背景技術

納米材料是指由極細晶粒組成、特征維度尺寸在納米數量級(～100nm)的固體材料。納米材料擁有許多常規材料所不具備的性能，包括光學性能、電磁學性能、熱力學性能、量子力學性能等，由于這些性能，納米材料廣泛應用于潤滑、光電、磁記錄、催化等領域。然而，由于其高表面能，納米顆粒極易自發團聚，大大限制了納米材料的納米效應，降低了其應用領域及效果。因此納米材料往往需要載體，多孔炭材料具有發達的孔隙結構，很大的比表面積，較多的表面化合物和很強的吸附能力，還擁有耐高溫、耐酸堿、導電和傳熱等一系列的優點，因此是負載納米粒子的良好載體。但是多孔碳材料往往具有機械強度低，水熱穩定性差等缺點，而氧化硅、氧化鋁是較為理想的高強度催化劑載體，因此制備超細金屬及金屬氧化物既能阻礙所負載顆粒的團聚，提供反應溶液的輸送通道，又促進了生成物質的擴散，大的比表面積有助于催化劑和反應物的接觸，高的機械強度擴展了催化劑的運用范圍，因此負載型納米金屬或氧化物材料在工業催化、水處理和電化學等諸多方面都具有廣闊的應用前景。

微波加熱法是利用高頻微波能，在很短時間內產生大量的熱，從而促進各類化學反應的進行，是更有效的能量利用和加熱方式。微波加熱合成能大幅度加快反應分子的運動與碰撞速度，有利于晶核的大量形成，可限制晶體粒徑的增加，能夠合成出比常規方法所制備晶體的粒徑更小、更均勻的納米材料。目前，微波合成技術已廣泛應用于納米材料的制備。Peiro等分兩步制備TiO₂薄膜：第一步，將襯底浸入經微波輻射的TiO₂膠體溶液中，發現襯底上有TiO₂晶體沉積；第二步，將上述處理的襯底浸入含Ti⁴⁺的水溶液中，并用微波輻射。實驗發現，第二步制成的TiO₂薄膜成長速度比第一步快，晶體結構完整，顆粒粒徑分布在50～100nm之間[Peiro Ana M,ElenaVigil,et a1.Titanium(Ⅳ)oxide thin films obtained by a two-step-solution method.Thin Solid Films,2002，411:185]。Wang等以醋酸銅和氫氧化鈉為原料，在乙醇溶劑中，通過微波輻射，成功合成平均粒徑為4nm的CuO顆粒。顆粒形貌呈球形，產品的純度高[Wang Hui,Xu Jinzhong,et a1.Preparation of CuO nanopar-ticles by microwave irradiation.Cryst Growth,2002,244:88]。

總而言之，傳統的超細金屬及金屬氧化物的合成方法往往存在著納米粒子尺寸不易控制，分散性差，模版劑成本高，后期處理污染嚴重等問題。此外，傳統合成方法由于制備方法的限制不能夠廣泛運用于各種納米金屬或氧化物的制備。因此，開發一種簡單普適的納米金屬或金屬氧化物復合材料的制備方法，通過納米顆粒多次爆破技術，并能夠在合成過程中控制納米粒子的尺寸、組分、晶相和擔載量等參數，對于該類材料的廣泛應用必將產生重大的推動作用。

發明內容

基于以上現有技術的不足，本發明所解決的技術問題在于提供一種簡單普適的超細納米金屬氧化物或納米金屬材料的制備方法，該方法可廣泛的適用于納米金屬或納米金屬氧化物的合成。

本發明利用尿素等銨鹽和金屬鹽在水中形成均相溶液，使得金屬鹽均勻分布在混合液體中。之后，利用高溫加熱或微波輻射加熱爆破后，經加熱爐高溫加熱二次爆破，得到尺寸可控的超細的納米金屬氧化物顆粒。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種制備超細金屬及金屬氧化物的方法，

步驟A.將尿素、金屬鹽和水混合，攪拌5-20min，使得混合固體完全融化，形成均勻的前軀體溶液；其中尿素與金屬鹽的質量比為100:1～1:1000；尿素與水的比例為1:10～10000；

步驟B.將步驟A制得前軀體溶液經霧化形成氣溶膠液滴；

步驟C.將步驟B制得的氣溶膠液滴微波輻照后加熱干燥，即可得到球形粉體顆粒。

作為上述技術方案的優選，本發明提供的制備超細金屬及金屬氧化物的方法進一步包括下列技術特征的部分或全部：

作為上述技術方案的改進，所述步驟A中尿素可以替換為碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨或者氯化銨。