[发明专利]一种含三维多孔结构金属铜的制备方法

说明书

本发明涉及金属多孔骨架结构材料领域，具体为一种含三维多孔结构金属铜的制备方法。以商业铜为起始材料，将其在一定浓度的酸性溶液中浸泡短暂时间后，用去离子水清洗并烘干，放置在烧舟中，放入马弗炉中在含氧气氛下热处理，将铜片转化为CuO_x，之后再将CuO_x放入管式炉中在还原气氛下进行热处理，从而获得三维多孔结构的金属铜。从而，通过改变热处理过程中的反应温度，可以调控多孔结构的孔径大小。本发明以商业铜为起始材料直接制备出含三维多孔结构的金属铜，其表面和体相存在大量孔隙。进一步通过调控温度变量可以改变多孔结构的孔径大小，有效实现对多孔结构金属铜制备过程的有效调控，能够解决传统制备方法中引入杂质和无法直接大规模合成的不足。

技术领域

本发明涉及金属多孔骨架结构材料领域，具体为一种含三维多孔结构金属铜的制备方法，通过热处理过程，以商用铜为起始材料，在含氧气氛下热处理制备出氧化铜中间材料。在此基础上，通过简单的后续还原气氛热处理直接制备出含三维多孔结构的金属铜。

背景技术

金属铜电催化材料具有高效、成本低、热力学稳定性高、环境友好等诸多优点，是众多电催化材料中最具竞争力的材料之一，能够被广泛应用于电催化HER、OER、二氧化碳还原的基体材料等，具有很好的商业化价值。尤其是含三维多孔结构的金属铜由于其渗透性好、高比表面积、高孔隙率、形状稳定等优势，提高催化反应中活性位点的数目。然而传统制备含三维多孔结构金属铜的方法十分有限，主要为模板法和去合金法，且存在不足的一面，一是在制备过程中需引入其他固\液态杂质，无法完全去除，影响基体的催化活性；二是该制备方法对于实现直接大规模合成，步骤繁琐、成本高。

因此，应继续发展无杂质引入和低成本直接大规模合成含三维多孔结构金属铜的制备方法。当前有关制备方法中去杂质的研究非常多，但是能兼顾低成本直接大规模合成的制备方法一直没有问世，成为限制其实际应用的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含三维多孔结构金属铜的制备方法，能够解决针对传统制备方法中无法完全去除杂质、低成本直接大规模合成的不足。

本发明的技术方案是：

一种含三维多孔结构金属铜的制备方法，以商业铜为起始材料，将其在酸性溶液中浸泡后，用去离子水清洗并烘干，放置在烧舟上，放入马弗炉在含氧气氛中热处理，获得中间产物CuO_x，0≤x＜2；之后再放入管式炉中，在还原气氛下热处理，从而获得含三维多孔结构的金属，通过改变热处理过程中的反应温度，调控多孔结构的孔径大小。

所述起始材料为各种商业铜箔、铜合金、粉体铜及其粉体铜合金的一种或两种以上。

所述酸性溶液中，H⁺的摩尔浓度为0.01～10M，加入H⁺采用常规的盐酸、硫酸、氢氟酸、硝酸或磷酸。

所述中间产物CuO_x为Cu、CuO和Cu₂O中的一种或两种以上。

所述含氧气氛为纯氧气、空气或氧气；或者，含氧气氛为空气与氮气、氩气、氨气、氦气、氢气、硫化氢、硼烷、甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫其中的一种或两种以上的混合气体，热处理温度为200～1500℃之间，处理时间为15min～180h。

所述中间产物CuO_x在还原气氛下热处理，还原气氛是氢气或氨气，或者还原气氛为氢气、氨气与氮气、氩气、氦气、硫化氢、硼烷、甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的一种或两种以上的混合气体，处理温度为150～1200℃之间，处理时间为15min～180h。

所述多孔结构的孔径分布范围是1nm～100μm，孔隙率为10～70％。

本发明的设计思想如下：