本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在溫和條件下，通過精細(xì)梯度脫附動力學(xué)可控制備高分散銅基納米復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力的研究對象。銅納米材料價格低廉，導(dǎo)電、催化和抑菌性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于抗磨自修復(fù)潤滑劑、導(dǎo)電漿料、高效催化劑、抗菌劑等領(lǐng)域。銅納米材料的制備方法、形貌控制和性能調(diào)控也成為近年來科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點。其制備方法主要有物理氣相沉積法、電化學(xué)沉積法、金屬有機化合物熱分解法、液相化學(xué)還原法、水熱法和微乳液法等，這些方法極大的促進(jìn)了銅納米結(jié)構(gòu)的合成和應(yīng)用研究。然而，對于高品質(zhì)、高分散銅納米材料可控制備而言，開發(fā)新穎而有效的方法仍然不可或缺。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明用低碳醇/CO₂混合溶劑溶解金屬前驅(qū)物，基于前驅(qū)物溶液在載體納米級孔道內(nèi)的擴散、吸附動力學(xué)以及脫附動力學(xué)研究，通過精細(xì)梯度脫附動力學(xué)調(diào)控，基于脫附過程產(chǎn)生的機械擾動、溶液過飽和度，以及介孔材料孔道限域作用，調(diào)控納米相形貌形成納米線、納米棒、納米顆粒，實現(xiàn)納米相形貌可控制備；通過調(diào)控臨界壓力附近的脫附過程，控制溶液過飽和析出，實現(xiàn)納米復(fù)合材料擔(dān)載量的可控制備。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于精細(xì)梯度脫附動力學(xué)的銅基納米復(fù)合材料可控制備方法，步驟如下：

(1)將前驅(qū)物硝酸銅置于反應(yīng)器中，將載體SBA-15或MCM-41置于濾紙袋中，前驅(qū)物和載體質(zhì)量比為1:1，將濾紙袋懸固在反應(yīng)器上部；將低碳醇/CO₂混合溶劑加入至反應(yīng)器中，密閉后加熱至35-70℃，保持3-12h，保證前驅(qū)物溶液充分注入納米級孔道并吸附到載體上；其中，CO₂與低碳醇質(zhì)量比為20:1；

(2)吸附過程結(jié)束后，采取精細(xì)梯度脫附動力學(xué)方法脫除溶劑；

第一階段，降壓至原壓力的25％，時間3-60分鐘，保證產(chǎn)生不同強度的機械擾動和不同程度的過飽和度，實現(xiàn)形貌可控制備；

第二階段，降壓第一階段終壓的35％，時間30-90分鐘，控制脫附過程足夠緩慢，保證有足夠多的前驅(qū)物析出，并保證絕大部分前驅(qū)物在脫附過程中滯留于載體孔道中，實現(xiàn)擔(dān)載量的可控制備；

第三階段，降至常壓，時間60分鐘；

(3)反應(yīng)器降至常壓后取出載體，在溫度為500℃條件下焙燒4h，即得到SBA-15或MCM-41擔(dān)載的氧化銅納米復(fù)合材料；之后在350℃，H₂流速為20ml/min的條件下還原4h，即可得到SBA-15或MCM-41擔(dān)載的銅納米復(fù)合材料。

所述的低碳醇是乙醇、乙二醇、乙醇與乙二醇的體積比為1:2～2:1、乙醇與水的體積比為1:2～2:1、乙二醇與水的體積比為1:2～2:1。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過精細(xì)梯度脫附動力學(xué)調(diào)控，第一階段快速降壓脫附(3-10分鐘降壓25％)，強化機械擾動，保證較大過飽和度，實現(xiàn)粒徑為2-4nm小納米顆粒制備；或慢速降壓脫附(30-60分鐘降壓25％)，弱化機械擾動，保證較小過飽和度，實現(xiàn)微米長度的納米線制備；第二階30-90分鐘降壓35％，控制脫附速率，實現(xiàn)較高擔(dān)載量(10-25％)，由此可實現(xiàn)銅基催化劑納米相形貌和擔(dān)載量可控制備。

附圖說明

圖1第一階段60分鐘降壓25％制備的CuO納米線/SBA-15納米復(fù)合材料TEM圖。

圖2第一階段20分鐘降壓25％制備的CuO納米棒/SBA-15納米復(fù)合材料TEM圖。

圖3第一階段3分鐘降壓25％制備的CuO納米顆粒/SBA-15納米復(fù)合材料TEM圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例1

準(zhǔn)確稱取200mg硝酸銅置于80ml反應(yīng)器中，同時將200mg SBA-15載體置于濾紙袋中，并將濾紙袋固定于反應(yīng)器上部，該反應(yīng)器上部有可以固定濾紙袋的環(huán)狀臺，之后將30g低碳醇/CO₂混合溶劑(CO₂與低碳醇質(zhì)量比為20:1)，低碳醇為乙二醇+水混合溶劑(體積比為2：1)，加入至反應(yīng)器中，密閉后加熱至50℃，保持9h，吸附過程結(jié)束后，采取精細(xì)梯度脫附動力學(xué)方法脫除溶劑。第一階段60分鐘降壓25％，第二階段，30分鐘降壓35％，第三階段，降至常壓，時間60分鐘。反應(yīng)器中壓力為常壓時取出SBA-15，在溫度為500℃條件下焙燒4h，之后在350℃，H₂流速為20ml/min的條件下還原4h，得到SBA-15擔(dān)載的銅納米線。

實施例2

準(zhǔn)確稱取200mg硝酸銅置于80ml反應(yīng)器中，同時將200mgMCM-41載體置于濾紙袋中，并將濾紙袋固定于反應(yīng)器上部，該反應(yīng)器上部有可以固定濾紙袋的環(huán)狀臺，之后將40g低碳醇/CO₂混合溶劑(CO₂與低碳醇質(zhì)量比為20:1)，低碳醇為乙二醇+水混合溶劑(體積比為1：1)，加入至反應(yīng)器中，密閉后加熱至50℃，保持12h，吸附過程結(jié)束后，采取精細(xì)梯度脫附動力學(xué)方法脫除溶劑。第一階段30分鐘降壓25％，第二階段，60分鐘降壓35％，第三階段，降至常壓，時間60分鐘。反應(yīng)器中壓力為常壓時取出MCM-41，在溫度為500℃條件下焙燒4h，之后在350℃，H₂流速為20ml/min的條件下還原4h，即可得到MCM擔(dān)載的銅納米棒復(fù)合材料。

實施例3

準(zhǔn)確稱取100mg硝酸銅置于80ml反應(yīng)器中，同時將100mgSBA-15載體置于濾紙袋中，并將濾紙袋固定于反應(yīng)器上部，該反應(yīng)器上部有可以固定濾紙袋的環(huán)狀臺，之后將40g低碳醇/CO₂混合溶劑(CO₂與低碳醇質(zhì)量比為20:1)，低碳醇為乙二醇，加入至反應(yīng)器中，密閉后加熱至40℃，保持5h，吸附過程結(jié)束后，采取精細(xì)梯度脫附動力學(xué)方法脫除溶劑。第一階段5分鐘降壓25％，第二階段，30分鐘降壓35％，第三階段，降至常壓，時間60分鐘。反應(yīng)器中壓力為常壓時取出MCM-41，在溫度為500℃條件下焙燒4h，之后在350℃，H₂流速為20ml/min的條件下還原4h，即可得到SBA-15擔(dān)載的銅納米顆粒復(fù)合材料。