[發(fā)明專利]一種銅基合金氣凝膠的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910458410.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110170283B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘燁欣;陳建洄;支明佳;洪樟連
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J13/00
• 分類號(hào): B01J13/00;C22C9/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開(kāi)了一種銅基合金氣凝膠的制備方法。該氣凝膠的制備方法包括：1)以硝酸銅作為銅源；2)以其它無(wú)機(jī)金屬鹽為金屬源；包括但不限于硝酸鎳，硝酸鉻，三氯化釕等；3)以甲酰胺為添加劑；4)以檸檬酸為凝膠促進(jìn)劑；5)以乙醇為溶劑；6)通過(guò)超臨界乙醇干燥獲得銅基合金氣凝膠。該方法制備的銅基合金氣凝膠成分為Cu?M，其中M為Ni，Cr，Ru中的一種或任意比例的組合；Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70％?99％之間，對(duì)應(yīng)的M的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30％?1％之間。氣凝膠中的顆粒的尺寸在10?500nm之間；氣凝膠的比表面積在10?500m²/g之間。本發(fā)明的制備方法具有流程簡(jiǎn)單，原料易得的特點(diǎn)，所制備的銅基合金氣凝膠可用于催化劑、超級(jí)電容器和鋰離子電池等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣凝膠材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備銅基合金氣凝膠的工藝

背景技術(shù)

氣凝膠是一種具有大比表面積、發(fā)達(dá)空隙、納米級(jí)骨架的新型材料。由于其尺度在納米量級(jí)，使得氣凝膠具有納米材料的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)，在航空隔熱領(lǐng)域、儲(chǔ)能領(lǐng)域、催化領(lǐng)域，以及高能物理等領(lǐng)域顯示出極佳的應(yīng)用前景。目前，氣凝膠的制備很大一部分采用金屬醇鹽為前驅(qū)體，通過(guò)醇鹽的水解縮聚反應(yīng)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是，金屬醇鹽的水解過(guò)程不易控制，且價(jià)格高昂，對(duì)環(huán)境敏感，不易保存，不利于大規(guī)模制備。檸檬酸由于可以與金屬離子成鹽，并且在溶液中存在一定程度電離，電荷之間的排斥作用使其分子鏈?zhǔn)嬲梗欣诖罱ㄎ⒂^的空間三維結(jié)構(gòu)，可以作為凝膠促進(jìn)劑來(lái)合成氣凝膠，此時(shí)，可以選用更廉價(jià)易得的無(wú)機(jī)金屬鹽作為前驅(qū)體，從而避免金屬醇鹽的使用。

銅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，而具有納米結(jié)構(gòu)的多孔銅基氣凝膠材料更因具有高比表面積，多催化位點(diǎn)等特點(diǎn)而有更多的應(yīng)用潛力。由于其表現(xiàn)出的特殊的表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)，以及其獨(dú)特性能，銅基氣凝膠有可能在氣體吸附、光、催化等更多領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。

在當(dāng)前的研究中，銅基合金氣凝膠的得到通常是在合成過(guò)程中引入強(qiáng)還原劑NaBH₄或者通過(guò)還原氣氛煅燒將2價(jià)銅還原成0價(jià)銅。例如，德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)的Eychmüller課題組采用NaBH₄為還原劑，制備了一系列的成分為Cu-M(M＝Pt,Au,Pd)的銅基合金氣凝膠材料，并用于電催化催化劑(Liu W,Rodriguez P,Borchardt L,Foelske A,Yuan J,Herrmann A-K,Geiger D,Zheng Z,Kaskel S,Gaponik N,R,Schmidt TJ,EychmüllerA(2013)Bimetallic Aerogels:High-Performance Electrocatalysts for the OxygenReduction Reaction.Angewandte Chemie International Edition52(37):9849-9852.)。但是，采用此種方法獲得的氣凝膠的比表面積通常在50m²/g以下，和常見(jiàn)的金屬氧化物氣凝膠的數(shù)值相比尚有較大的差距。通過(guò)還原氣氛煅燒則增加了合成的復(fù)雜程度，需要控制一個(gè)高溫?zé)o氧的氣氛，并且額外的熱處理可能會(huì)對(duì)破壞氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以硝酸銅、無(wú)機(jī)金屬鹽、甲酰胺和檸檬酸為原料制備銅基合金氣凝膠的方法。

銅基合金氣凝膠的制備方法，其包含以下步驟：

1)將硝酸銅和無(wú)機(jī)金屬鹽溶于無(wú)水乙醇中，再加入添加劑甲酰胺，形成均勻的前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液中硝酸銅的濃度在0.1M-1M之間，無(wú)機(jī)金屬鹽的濃度在0.005M-0.3M之間，甲酰胺與銅離子的摩爾比為1-5；

2)將檸檬酸溶于無(wú)水乙醇中，形成均勻的檸檬酸溶液，其中檸檬酸的濃度在0.1M-1.5M之間；

3)將檸檬酸溶液加入到前驅(qū)體溶液中混合得到溶膠，以體積比計(jì)算，前驅(qū)體溶液和檸檬酸溶液的混合比例在5:1-1:5之間；