[發(fā)明專利]一種含碳復(fù)合載體負(fù)載納米金屬材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711448732.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN108179301A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜興茂;曹靜遠(yuǎn);高家俊;童彥杰;熊春艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;C01G53/04;C01G49/06;C01G3/02;B82Y30/00
• 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

本發(fā)明一種含碳復(fù)合載體負(fù)載納米金屬材料的制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。利用糖類、尿素、氧化物載體的前驅(qū)體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使得糖類碳化得到含碳復(fù)合氧化物負(fù)載納米金屬，同時(shí)金屬活性組分均勻分布在載體中，隨后在還原性氣氛下高溫?zé)崽幚砗螅玫胶紡?fù)合載體負(fù)載納米金屬氧化物或納米金屬材料。本發(fā)明通過改變?cè)吓浔取⒓訜釡囟取⑽⒉〞r(shí)長和功率等合成條件，可以得到擔(dān)載量、粒徑大小、晶相和組成同時(shí)可控的擔(dān)載型納米材料。整個(gè)工藝具有操作簡單、綠色環(huán)保以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含碳復(fù)合載體負(fù)載納米金屬材料的制備方法。

背景技術(shù)

納米材料是指由極細(xì)晶粒組成、特征維度尺寸在納米數(shù)量級(jí)(100nm)的固體材料。納米材料擁有許多常規(guī)材料所不具備的性能，包括光學(xué)性能、電磁學(xué)性能、熱力學(xué)性能、量子力學(xué)性能等，由于這些性能，納米材料廣泛應(yīng)用于潤滑、光電、磁記錄、催化等領(lǐng)域。然而，由于其高表面能，納米顆粒極易自發(fā)團(tuán)聚，大大限制了納米材料的納米效應(yīng)，降低了其應(yīng)用領(lǐng)域及效果。因此納米材料往往需要載體，多孔炭材料具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，很大的比表面積，較多的表面化合物和很強(qiáng)的吸附能力，還擁有耐高溫、耐酸堿、導(dǎo)電和傳熱等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此是負(fù)載納米粒子的良好載體。但是多孔碳材料往往具有機(jī)械強(qiáng)度低，水熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，而氧化硅、氧化鋁是較為理想的高強(qiáng)度催化劑載體，因此制備含碳復(fù)合載體負(fù)載納米金屬材料既能阻礙所負(fù)載顆粒的團(tuán)聚，提供反應(yīng)溶液的輸送通道，又促進(jìn)了生成物質(zhì)的擴(kuò)散，大的比表面積有助于催化劑和反應(yīng)物的接觸，高的機(jī)械強(qiáng)度擴(kuò)展了催化劑的運(yùn)用范圍，因此含碳復(fù)合載體負(fù)載納米金屬催化劑具有巨大的發(fā)展前景。多孔氧化物載體的制備一般是通過硬模板法和軟模板法合成，被認(rèn)為是合成多孔材料和最有效的方法。負(fù)載型納米金屬或氧化物材料在工業(yè)催化、水處理和電化學(xué)等諸多方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。

在制備含碳復(fù)合載體負(fù)載納米金屬或納米金屬氧化物的制備方法方面，普遍采用的是直接浸漬法。直接浸漬法是含碳復(fù)合材料直接浸漬于金屬鹽溶液中，然后經(jīng)干燥和熱處理得到多孔氧化物載體負(fù)載的納米材料。Dacheng Hu等[Hu D,Gao J,Ping Y,etal.Industrial&Engineering Chemistry Research,2012,51(13):4875-4886.]通過浸漬還原方法將鎳納米顆粒引入到氧化鋁中，得到高度分散的氧化鋁負(fù)載鎳催化劑，其在一氧化碳甲烷化合成人造天然氣領(lǐng)域有應(yīng)用前景廣闊。浸漬法應(yīng)用廣泛，但是對(duì)于納米粒子的粒徑、組分和在載體中的分布缺乏有效的調(diào)控。

微波加熱法是利用高頻微波能，在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，從而促進(jìn)各類化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)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(yīng)分子的運(yùn)動(dòng)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(guī)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(shù)已廣泛應(yīng)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(jīng)微波輻射的TiO2膠體溶液中，發(fā)現(xiàn)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第二步制成的TiO2薄膜成長速度比第一步快，晶體結(jié)構(gòu)完整，顆粒粒徑分布在50～100nm之間[Peiro Ana M,Elena Vigil,et a1.Titanium(Ⅳ)oxide thin filmsobtained 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(chǎn)品的純度高[Wang Hui,Xu Jinzhong,eta1.Preparation of CuO nanopar-ticles by microwave irradiation.J Cryst Growth,2002,244:88]。