專利名稱：以Fe-Y催化劑在Cu載體上化學氣相沉積制備碳納米洋蔥的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以i^e-Y催化劑在Cu載體上化學氣相沉積制備碳納米洋蔥的方 法，屬于碳納米洋蔥的制備技術。
背景技術：
碳納米洋蔥的發(fā)現(xiàn)，為碳納米材料的研究開辟了又一新的研究領域，其特殊的結 構使其具有獨特的物理和化學性能，對其應用的研究已受到了廣泛的重視。碳納米洋蔥具 有優(yōu)異的自潤滑性能與抗壓性能、良好的非線性光學性能和紫外線吸收性能、優(yōu)良的磁學 性能以及化學穩(wěn)定性，可以用于納米潤滑劑、磁存儲材料、靜電復印術、光磁記錄材料、藥物 成像以及化學上穩(wěn)定的反應團簇與具有特殊性能的催化劑等。制備碳納米洋蔥的方法主要有電弧放電法、電子束照射法、熱解法與化學氣相沉 積(CVD)法等。其中，CVD法工藝簡單，可控性強，避免了高溫高能條件，制備出的碳納米洋 蔥純度高，是目前研究最多、應用最廣泛的碳納米洋蔥制備方法。CVD法制備碳納米洋蔥多 采用具有高催化活性的過渡金屬(Fe、Co、Ni)作為催化劑，采用金屬氧化物作為載體。用純 金屬作為載體的報道并不多見。用I^e-Y作為催化劑，Cu粉作為載體，采用CVD法制備碳納 米洋蔥的方法，尚未見相關報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以i^e-Y催化劑在Cu載體上化學氣相沉積制備碳納米 洋蔥的方法，該方法工藝過程簡單，成本低，所得碳納米洋蔥產(chǎn)量高、尺寸均勻，適用于制備 金屬基復合材料。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，一種以i^e-Y催化劑在Cu載體上化學氣相沉 積制備碳納米洋蔥的方法，其特征在于包括以下過程1)將銅粉用無水乙醇超聲3-lOmin，以九水合硝酸鐵中的鐵與六水合硝酸釔中的 釔，及與銅粉按狗Y Cu質(zhì)量比為0 8) 0 8) (92 84)，且其中鐵與釔 等質(zhì)量，三者質(zhì)量分數(shù)之和為100%，將九水合硝酸鐵加入去離子水中制得含!^3+濃度為 0. 008-0. 02mol/L的溶液，再向該溶液加入六水合硝酸釔及經(jīng)無水乙醇超聲處理的銅粉制 得混合溶液，按混合溶液中的九水合硝酸鐵和六水合硝酸釔與氫氧化鈉摩爾比為1 (3 3. 2)，在攪拌下向混合溶液中加入濃度為0. 1 0. 5mol/L的氫氧化鈉溶液進行反應至中 和結束，得到1 (OH) 3-Y (OH) 3-Cu三元膠體，用去離子水和無水乙醇分別對三元膠體進行洗 滌，經(jīng)過濾后，三元膠體在80-120°C下烘干，并在管式爐中于300 450°C溫度下煅燒2-4h， 得到!^e-Y-Cu催化劑前驅(qū)體。2)將步驟1)制得的!^e-Y-Cu催化劑前驅(qū)體置于瓷質(zhì)方舟中，將瓷質(zhì)方舟放入管 式爐恒溫區(qū)，在氬氣保護下，以升溫速率10°C /min升溫至450 550°C，通入流量為50 lOOmL/min的氫氣還原1 2h，之后通入氬氣，升溫至600 750°C，按流量為300 500mL/min通入體積比為4 7 1的氬氣與甲烷混合氣體，進行甲烷裂解反應30 60min后，在 氬氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到催化劑與碳納米洋蔥的混合粉末，將混合粉末置于質(zhì)量 濃度為65 68%的濃硝酸中浸泡4h以去除載體與雜質(zhì)，經(jīng)去離子水洗滌，過濾，得到碳納 米洋蔥。本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點1)催化劑制備工藝簡單，成本低，工藝條件容易控制。2)制得的碳納米洋蔥產(chǎn)量高，尺寸均一，直徑為40-60nm，分布均勻，外壁潔凈。3)由于采用銅粉作為碳納米洋蔥的生長載體，因此本方法制得的碳納米洋蔥特別 適用于制備碳納米洋蔥-金屬復合材料。


圖1為本發(fā)明實施例三制備的碳納米洋蔥的TEM照片。圖2為圖1的局部放大照片。
具體實施例方式實施例一將4. 6g銅粉用無水乙醇超聲3min，將其與1. 442g九水合硝酸鐵和0. 861g六水 合硝酸釔加入445ml去離子水中配制成混合溶液，然后將0. 7g氫氧化鈉配制成175ml水溶 液，在室溫磁力攪拌下滴加入上述混合溶液中，得到!^e(OH)3-Y(OH)3-Cu三元膠體，將膠體 用去離子水洗滌，用濾紙過濾，置于干燥箱內(nèi)在80°C下烘干，之后于管式爐內(nèi)在氬氣保護中 在300°C溫度下煅燒4h，得到!^e-Y-Cu催化劑前驅(qū)體。取0. 2gFe-Y-Cu催化劑前驅(qū)體置于瓷 質(zhì)方舟中，將方舟放入管式爐恒溫區(qū)(升溫速率10°C /min)，在氬氣保護下升溫至450°C， 關閉氬氣，通入流量為50mL/min的氫氣還原2h，之后關閉氫氣，重新通入氬氣，并升溫至 700°C，按流速比為50 250mL/min通入甲烷與氬氣的混合氣體，進行甲烷裂解反應60min， 反應完畢后，關閉甲烷氣體，試樣在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到催化劑與碳納米洋蔥 的混合粉末，之后將混合粉末置于40ml濃度為65%的濃硝酸中浸泡4h，經(jīng)去離子水洗滌， 過濾，得到碳納米洋蔥。實施例二將4. 2g銅粉用無水乙醇超聲5min，將其與2. 884g九水合硝酸鐵和1. 721g六水合 硝酸釔加入475ml去離子水中配制成混合溶液，然后將1. 4g氫氧化鈉配制成70ml水溶液， 在室溫磁力攪拌下滴加入上述混合溶液中，得到狗(OH) 3-Y (OH) 3-Cu三元膠體，將膠體用去 離子水洗滌，用濾紙過濾，置于干燥箱內(nèi)在80°C下烘干，之后于管式爐內(nèi)在氬氣保護中在 400°C溫度下煅燒3h，得到!^e-Y-Cu催化劑前驅(qū)體。取0. 2gFe-Y-Cu催化劑前驅(qū)體置于瓷質(zhì) 方舟中，將方舟放入管式爐恒溫區(qū)(升溫速率10°C /min)，在氬氣保護下升溫至500°C，關 閉氬氣，通入流速為lOOmL/min的氫氣還原1. 5h，之后關閉氫氣，重新通入氬氣，并升溫至 600°C，按流速比為70 350mL/min通入甲烷與氬氣的混合氣體，進行甲烷裂解反應45min， 反應完畢后，關閉甲烷氣體，試樣在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到催化劑與碳納米洋蔥 的混合粉末，之后將混合粉末置于40ml濃度為65%的濃硝酸中浸泡4h，經(jīng)去離子水洗滌， 過濾，得到碳納米洋蔥。
實施例三將4. 2g銅粉用無水乙醇超聲5min，將其與2. 884g九水合硝酸鐵和1. 721g六水 合硝酸釔加入400ml去離子水中配制成混合溶液，然后將1. 4g氫氧化鈉配制成150ml水 溶液，在室溫磁力攪拌下滴加入上述混合溶液中，得到!^e(OH)3-Y(OH)3-Cu三元膠體，將膠 體用去離子水洗滌，用濾紙過濾，置于干燥箱內(nèi)在100°C下烘干，之后于管式爐內(nèi)在氬氣保 護中在400°C溫度下煅燒4h，得到!^e-Y-Cu催化劑前驅(qū)體。取0. 2gFe-Y-Cu催化劑前驅(qū)體 置于瓷質(zhì)方舟中，將方舟放入管式爐恒溫區(qū)(升溫速率10°C /min)，在氬氣保護下升溫至 500°C，關閉氬氣，通入流速為80mL/min的氫氣還原池，之后關閉氫氣，重新通入氬氣，并升 溫至750°C，按流速比為50 350mL/min通入甲烷與氬氣的混合氣體，進行甲烷裂解反應 60min,反應完畢后，關閉甲烷氣體，試樣在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到催化劑與碳納 米洋蔥的混合粉末，之后將混合粉末置于40ml濃度為68%的濃硝酸中浸泡4h，經(jīng)去離子水 洗滌，過濾，得到碳納米洋蔥。實施例四將8. 4g銅粉用無水乙醇超聲lOmin，將其與5. 769g九水合硝酸鐵和3. 442g六水 合硝酸釔加入7Hml去離子水中配制成混合溶液，然后將2. Sg氫氧化鈉配制成250ml水 溶液，在室溫磁力攪拌下滴加入上述混合溶液中，得到狗(OH) 3-Y (OH) 3-Cu三元膠體，將膠 體用去離子水洗滌，用濾紙過濾，置于干燥箱內(nèi)在120°C下烘干，之后于管式爐內(nèi)在氬氣保 護中在450°C溫度下煅燒池，得到!^e-Y-Cu催化劑前驅(qū)體。取0. 2gFe-Y-Cu催化劑前驅(qū)體 置于瓷質(zhì)方舟中，將方舟放入管式爐恒溫區(qū)(升溫速率10°C /min)，在氬氣保護下升溫至 550°C，關閉氬氣，通入流速為lOOmL/min的氫氣還原lh，之后關閉氫氣，重新通入氬氣，并 升溫至750°C，按流速比為100 400mL/min通入甲烷與氬氣的混合氣體，進行甲烷裂解反 應30min，反應完畢后，關閉甲烷氣體，試樣在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到催化劑與碳 納米洋蔥的混合粉末，之后將混合粉末置于40ml濃度為68%的濃硝酸中浸泡4h，經(jīng)去離子 水洗滌，過濾，得到碳納米洋蔥。
權利要求
1. 一種以i^e-Y催化劑在Cu載體上化學氣相沉積制備碳納米洋蔥的方法，其特征在于 包括以下過程1)將銅粉用無水乙醇超聲3 lOmin，以九水合硝酸鐵中的鐵與六水合硝酸釔中的釔， 及與銅粉按1 Y Cu質(zhì)量比為0 8) 0 8) (92 84)，且其中鐵與釔等質(zhì)量， 三者質(zhì)量分數(shù)之和為100%，將九水合硝酸鐵加入去離子水中制得含!^3+濃度為0. 008 0. 02mol/L的溶液，再向該溶液加入六水合硝酸釔及經(jīng)無水乙醇超聲處理的銅粉制得混合 溶液，按混合溶液中的九水合硝酸鐵和六水合硝酸釔與氫氧化鈉摩爾比為1 (3 3. 2)， 在攪拌下向混合溶液中加入濃度為0. 1 0. 5mol/L的氫氧化鈉溶液進行反應至中和結束， 得到!^e (OH) 3-Y (OH) 3-Cu三元膠體，用去離子水和無水乙醇分別對三元膠體進行洗滌，經(jīng)過 濾后，三元膠體在80 120°C下烘干，并在管式爐中于300-450°C溫度下煅燒 4h，得到 Fe-Y-Cu催化劑前驅(qū)體；2)將步驟1)制得的 ^-Υ-Cu催化劑前驅(qū)體置于瓷質(zhì)方舟中，將瓷質(zhì)方舟放入管式爐恒 溫區(qū)，在氬氣保護下，以升溫速率10°C /min升溫至450 550°C，通入流量為50 IOOmL/ min的氫氣還原1 2h，之后通入氬氣，升溫至600 750°C，按流量為300 500mL/min通 入體積比為4-7 1的氬氣與甲烷混合氣體，進行甲烷裂解反應30 60min后，在氬氣保 護下隨爐冷卻至室溫，得到催化劑與碳納米洋蔥的混合粉末，將混合粉末置于質(zhì)量濃度為 65-68%的濃硝酸中浸泡4h以去除載體與雜質(zhì)，經(jīng)去離子水洗滌，過濾，得到碳納米洋蔥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以Fe-Y催化劑在Cu載體上化學氣相沉積制備碳納米洋蔥的方法，屬于碳納米洋蔥的制備技術。該方法過程包括將銅粉與九水合硝酸鐵、六水合硝酸釔配制混合溶液，加人氫氧化鈉得三元膠體，再經(jīng)過濾、烘干、煅燒得到Fe-Y-Cu催化劑前驅(qū)體；前驅(qū)體在氬氣保護下，進行氫氣還原及與碳源氣反應后，經(jīng)去除載體與雜質(zhì)、水洗滌、過濾得到碳納米洋蔥。本發(fā)明優(yōu)點該方法工藝過程簡單，成本低，所得碳納米洋蔥產(chǎn)量高、尺寸均勻，適用于制備金屬基復合材料。
文檔編號C01B31/02GK102060285SQ201010528990
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權日2010年11月3日
發(fā)明者劉恩佐, 師春生, 李家俊, 趙乃勤, 高峰 申請人:天津大學