[发明专利]一种含碳复合载体负载纳米金属材料的制备方法

说明书

本发明一种含碳复合载体负载纳米金属材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。利用糖类、尿素、氧化物载体的前驱体和金属盐在水中形成均相溶液，使得金属盐均匀分布在混合液体中，之后，利用高温加热或微波辐射加热使得糖类碳化得到含碳复合氧化物负载纳米金属，同时金属活性组分均匀分布在载体中，随后在还原性气氛下高温热处理后，得到含碳复合载体负载纳米金属氧化物或纳米金属材料。本发明通过改变原料配比、加热温度、微波时长和功率等合成条件，可以得到担载量、粒径大小、晶相和组成同时可控的担载型纳米材料。整个工艺具有操作简单、绿色环保以及成本低廉等优点。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种含碳复合载体负载纳米金属材料的制备方法。

背景技术

纳米材料是指由极细晶粒组成、特征维度尺寸在纳米数量级(100nm)的固体材料。纳米材料拥有许多常规材料所不具备的性能，包括光学性能、电磁学性能、热力学性能、量子力学性能等，由于这些性能，纳米材料广泛应用于润滑、光电、磁记录、催化等领域。然而，由于其高表面能，纳米颗粒极易自发团聚，大大限制了纳米材料的纳米效应，降低了其应用领域及效果。因此纳米材料往往需要载体，多孔炭材料具有发达的孔隙结构，很大的比表面积，较多的表面化合物和很强的吸附能力，还拥有耐高温、耐酸碱、导电和传热等一系列的优点，因此是负载纳米粒子的良好载体。但是多孔碳材料往往具有机械强度低，水热稳定性差等缺点，而氧化硅、氧化铝是较为理想的高强度催化剂载体，因此制备含碳复合载体负载纳米金属材料既能阻碍所负载颗粒的团聚，提供反应溶液的输送通道，又促进了生成物质的扩散，大的比表面积有助于催化剂和反应物的接触，高的机械强度扩展了催化剂的运用范围，因此含碳复合载体负载纳米金属催化剂具有巨大的发展前景。多孔氧化物载体的制备一般是通过硬模板法和软模板法合成，被认为是合成多孔材料和最有效的方法。负载型纳米金属或氧化物材料在工业催化、水处理和电化学等诸多方面都具有广阔的应用前景。

在制备含碳复合载体负载纳米金属或纳米金属氧化物的制备方法方面，普遍采用的是直接浸渍法。直接浸渍法是含碳复合材料直接浸渍于金属盐溶液中，然后经干燥和热处理得到多孔氧化物载体负载的纳米材料。Dacheng Hu等[Hu D,Gao J,Ping Y,etal.Industrial&Engineering Chemistry Research,2012,51(13):4875-4886.]通过浸渍还原方法将镍纳米颗粒引入到氧化铝中，得到高度分散的氧化铝负载镍催化剂，其在一氧化碳甲烷化合成人造天然气领域有应用前景广阔。浸渍法应用广泛，但是对于纳米粒子的粒径、组分和在载体中的分布缺乏有效的调控。

微波加热法是利用高频微波能，在很短时间内产生大量的热，从而促进各类化学反应的进行，是更有效的能量利用和加热方式。微波加热合成能大幅度加快反应分子的运动与碰撞速度，有利于晶核的大量形成，可限制晶体粒径的增加，能够合成出比常规方法所制备晶体的粒径更小、更均匀的纳米材料。目前，微波合成技术已广泛应用于纳米材料的制备。Peiro等分两步制备TiO2薄膜：第一步，将衬底浸入经微波辐射的TiO2胶体溶液中，发现衬底上有TiO2晶体沉积；第二步，将上述处理的衬底浸入含Ti4+的水溶液中，并用微波辐射。实验发现，第二步制成的TiO2薄膜成长速度比第一步快，晶体结构完整，颗粒粒径分布在50～100nm之间[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等以醋酸铜和氢氧化钠为原料，在乙醇溶剂中，通过微波辐射，成功合成平均粒径为4nm的CuO颗粒。颗粒形貌呈球形，产品的纯度高[Wang Hui,Xu Jinzhong,eta1.Preparation of CuO nanopar-ticles by microwave irradiation.J Cryst Growth,2002,244:88]。