專利名稱：一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米無機(jī)復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
銅-石墨復(fù)合材料集減磨、導(dǎo)電性能于一身在涉及導(dǎo)電性能要求的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的諸多方面。但是石墨在銅基體上的潤濕性能很差，石墨在銅基體內(nèi)的分布不均，這就影響了復(fù)合材料的綜合性能。實(shí)驗(yàn)研究采用鍍銅石墨與超細(xì)銅粉的復(fù)合材料改善了石墨在銅基體的潤濕與分布狀態(tài)，銅-鍍銅石墨復(fù)合材料組織致密，石墨細(xì)小彌散、分布均勻，金屬銅包覆石墨形成空間細(xì)小的三維網(wǎng)絡(luò)，這種組織狀態(tài)充分發(fā)揮了銅和石墨各自的優(yōu)勢(shì)，使復(fù)合材料的導(dǎo)電性和耐磨性均優(yōu)于銅-未鍍銅石墨復(fù)合材料。但是，目前所采用的電化學(xué)鍍及水合肼、氫氣還原等方法，存在著工藝復(fù)雜，高毒性，成本高，難以工業(yè)生產(chǎn)等缺點(diǎn)。急需新的綠色廉價(jià)易于批量生產(chǎn)的技術(shù)方法來解決石墨表面鍍銅的問題。光催化技術(shù)是光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的又一全新應(yīng)用，該技術(shù)在分解水制氫和環(huán)境治理領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用，能夠處理難以生物降解的有機(jī)廢水和凈化空氣。為了能夠充分利用太陽能，針對(duì)與可見光催化劑的研究越來越多，Cu2O是一種典型的P型半導(dǎo)體，其在納米尺度下性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠分解水制備氫氣，亦能夠降解有機(jī)染料如亞甲基藍(lán)，甲基橙等(H.L.Xu, ff.Z.Wang, ff.Zhu.Shape Evolution and Size-Controllable Synthesis ofCu2O Octahedra and Their Morphology-Dependent Photocatalytic Properties.J.Phys.Chem.B2006,110，13829-13834)。但是單相Cu2O的量子產(chǎn)率很低，從而影響其光催化活性。目前，已有一些針對(duì)Cu2O復(fù)合改性的研究報(bào)導(dǎo)(MA.Mahmoud, ff.Qian, MA.El-Sayed.Following Charge Separation on the Nanoscal in Cu2O-Au Nanoframe HollowNanoparticles.Nano Lett.2011,11, 3285-3289),但是其制備過程多復(fù)雜且成本較高。另外對(duì)于Cu2O與石墨的復(fù)合材料報(bào)導(dǎo)很少,而膨脹石墨比表面積大、空隙豐富,對(duì)有機(jī)物具有很好的吸附性能，Cu2O與石墨的復(fù)合不僅能夠提高其對(duì)有機(jī)物的吸附，也能夠增強(qiáng)載流子的分離效率，提高光催化活性，這將會(huì)成為一種潛在的理想光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料制備方法存在的制備過程復(fù)雜，高毒性，成本高，難以工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)問題，從而提供了一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行:一、將0.2 2.0g的醋酸銅溶解于混合溶液A中，配置成醋酸銅的濃度為0.001 IM的溶液，其中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺(DMF)按體積比
0.05 1: 0.5 5: 0.5 5 組成；二、將膨脹石墨加入到步驟一得到的溶液中，磁力攪拌2 4h ;其中，膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000 1500°C下膨脹30 60s得到；膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為I 3: 10 60 ;三、將步驟二得到的溶液倒入聚四氟乙烯的內(nèi)反應(yīng)釜中，再將其密封于不銹鋼外反應(yīng)釜內(nèi)，然后置于80 240°C的烘箱中反應(yīng)0.5 32h ;四、自然降溫后將釜內(nèi)沉淀樣品用去離子水清洗，直到洗液pH值為6 7，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)30 150°C下烘干，即得鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料。本發(fā)明包括以下有益效果:1、本發(fā)明的反應(yīng)體系未添加任何表面活性劑，產(chǎn)物純凈，無需復(fù)雜的分離提純過程;2、本發(fā)明的制備方法中無任何有毒試劑，對(duì)環(huán)境友好，無毒無污染；制備工藝過程簡單、重現(xiàn)性好，成本低廉，適合大批量工業(yè)生產(chǎn)；3、本發(fā)明通過控制反應(yīng)條件可以制備不同含氧量的銅氧化物石墨復(fù)合材料，可以在銅-鍍銅石墨復(fù)合材料，太陽能轉(zhuǎn)換，光催化降解有機(jī)污染物，分解水制備氫氣等多方面獲得有效的應(yīng)用。


圖1為試驗(yàn)一制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的掃描電鏡照片；圖2為試驗(yàn)一制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的X射線衍射圖片，其中，■為Cu，.為膨脹石墨；圖3為試驗(yàn)三制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的掃描電鏡照片；圖4為試驗(yàn)三制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料降解甲基藍(lán)的時(shí)間和降解率圖，其中，▲為[Cu/Cu20]x/EG的降解率，■為Cu2O的降解率。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式的一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行:一、將0.2 2.0g的醋酸銅溶解于混合溶液A中，配置成醋酸銅的濃度為0.001 IM的溶液，其中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺(DMF)按體積比
0.05 1: 0.5 5: 0.5 5 組成；二、將膨脹石墨加入到步驟一得到的溶液中，磁力攪拌2 4h ;其中，膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000 1500°C下膨脹30 60s得到；膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為I 3: 10 60 ;三、將步驟二得到的溶液倒入聚四氟乙烯的內(nèi)反應(yīng)釜中，再將其密封于不銹鋼外反應(yīng)釜內(nèi)，然后置于80 240°C的烘箱中反應(yīng)0.5 32h ;四、自然降溫后將釜內(nèi)沉淀樣品用去離子水清洗，直到洗液pH值為6 7，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)30 150°C下烘干，即得鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料。本實(shí)施方式包括以下有益效果:
1、本實(shí)施方式的反應(yīng)體系未添加任何表面活性劑，產(chǎn)物純凈，無需復(fù)雜的分離提純過程；
2、本實(shí)施方式的制備方法中無任何有毒試劑，對(duì)環(huán)境友好，無毒無污染；制備工藝過程簡單、重現(xiàn)性好，成本低廉，適合大批量工業(yè)生產(chǎn)；3、本實(shí)施方式通過控制反應(yīng)條件可以制備不同含氧量的銅氧化物石墨復(fù)合材料，可以在銅-鍍銅石墨復(fù)合材料，太陽能轉(zhuǎn)換，光催化降解有機(jī)污染物，分解水制備氫氣等多方面獲得有效的應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是:步驟一中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺(DMF)按體積比0.1: I: I組成。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是:步驟二中膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000°c下膨脹30s得到。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是:步驟二中膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為1: 1 0。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是:步驟三中置于140 200°C的烘箱中反應(yīng)10 24h。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是:步驟四中在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60 °C下烘干。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:試驗(yàn)一:一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的:一、將0.2g的醋酸銅溶解于混合溶液A中，配置成醋酸銅的濃度為0.02M的溶液，其中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺(DMF)按體積比0.1: I: I組成；二、將膨脹石墨加入到步驟一得到的溶液中，磁力攪拌2h ;其中，膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000°c下膨脹30s得到；膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為1: 10 ;三、將步驟二得到的溶液倒入聚四氟乙烯的內(nèi)反應(yīng)釜中，再將其密封于不銹鋼外反應(yīng)釜內(nèi)，然后置于200°C的烘箱中反應(yīng)IOh ；四、自然降溫后將釜內(nèi)沉淀樣品用去離子水清洗，直到洗液pH值為7，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60°C下烘干，即得鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料。本試驗(yàn)制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料為[Cu]x/EG復(fù)合材料，其中EG在復(fù)合材料中所占的重量為O IOOwt%。本試驗(yàn)制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的掃描電鏡照片如圖1所示，從圖1可以可以看出，立方納米晶均勻地生長在石墨的片層上；本試驗(yàn)制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的X射線衍射圖片如圖2所示，其中，■為Cu， 為膨脹石墨，由圖2可以進(jìn)一步證明石墨片層上生長的是納米金屬銅。試驗(yàn)二:一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的:一、將0.2g的醋酸銅溶解于混合溶液A中，配置成醋酸銅的濃度為0.02M的溶液，其中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺(DMF)按體積比0.1: I: I組成；二、將膨脹石墨加入到步驟一得到的溶液中，磁力攪拌2h ;其中，膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000°c下膨脹30s得到；膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為1: 10 ;
三、將步驟二得到的溶液倒入聚四氟乙烯的內(nèi)反應(yīng)釜中，再將其密封于不銹鋼外反應(yīng)釜內(nèi)，然后置于140°C的烘箱中反應(yīng)IOh ；四、自然降溫后將釜內(nèi)沉淀樣品用去離子水清洗，直到洗液pH值為7，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60°C下烘干，即得鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料。本試驗(yàn)制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料為[Cu20]x/EG復(fù)合材料，其中EG在復(fù)合材料中所占的重量為O 100wt% ;該材料有很高的可見光催化活性，在光催化降解有機(jī)污染物，分解水制氫方面均可獲得有效應(yīng)用。試驗(yàn)三:一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的:一、將0.2g的醋酸銅溶解于混合溶液A中，配置成醋酸銅的濃度為0.02M的溶液，其中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺(DMF)按體積比0.1: I: I組成；二、將膨脹石墨加入到步驟一得到的溶液中，磁力攪拌2h ;其中，膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000°c下膨脹30s得到；膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為1: 10 ;三、將步驟二得到的溶液倒入聚四氟乙烯的內(nèi)反應(yīng)釜中，再將其密封于不銹鋼外反應(yīng)釜內(nèi)，然后置于140°C的烘箱中反應(yīng)24h ；

四、自然降溫后將釜內(nèi)沉淀樣品用去離子水清洗，直到洗液pH值為7，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60°C下烘干，即得鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料。本試驗(yàn)制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料為[Cu/Cu20]x/EG復(fù)合材料，其中EG在復(fù)合材料中所占的重量為O IOOwt%。為本試驗(yàn)制備的鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的掃描電鏡照片如圖3所示，從圖3可以看出，納米晶均勻地生長在石墨的片層上。在可見光下，采用亞甲基藍(lán)作為探針分子考察該材料的光催化活性，鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料降解甲基藍(lán)的時(shí)間和降解率圖如圖4所示，其中，▲為[Cu/Cu20]x/EG的降解率，■為Cu2O的降解率，從圖4可以看出，在室內(nèi)燈光下30分鐘內(nèi)[Cu/Cu20]x/EG的降解率是Cu2O的12.5倍。
權(quán)利要求
1.一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行: 一、將0.2 2.0g的醋酸銅溶解于混合溶液A中，配置成醋酸銅的濃度為0.001 IM的溶液，其中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺按體積比0.05 I: 0.5 5: 0.5 5組成； 二、將膨脹石墨加入到步驟一得到的溶液中，磁力攪拌2 4h;其中，膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000 1500°C下膨脹30 60s得到；膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為I 3: 10 60 ; 三、將步驟二得到的溶液倒入聚四氟乙烯的內(nèi)反應(yīng)釜中，再將其密封于不銹鋼外反應(yīng)釜內(nèi)，然后置于80 240°C的烘箱中反應(yīng)0.5 32h ; 四、自然降溫后將釜內(nèi)沉淀樣品用去離子水清洗，直到洗液PH值為6 7，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)30 150°C下烘干，即得鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中混合溶液A由去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺按體積比0.1:1:1組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中膨脹石墨由天然鱗片石墨在1000°C下膨脹30s得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中膨脹石墨與醋酸銅的質(zhì)量比為1: 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中置于140 200°C的烘箱中反應(yīng)10 24h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟四中在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60°C下烘干。
全文摘要
一種鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料的制備方法，涉及一種納米無機(jī)復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料制備方法存在的制備過程復(fù)雜，高毒性，成本高，難以工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)問題。本發(fā)明的方法為一、將醋酸銅溶解于去離子水、無水乙醇和氮，氮二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液中；二、將膨脹石墨加入到步驟一得到的溶液中，磁力攪拌2～4h；三、將步驟二得到的溶液倒入聚四氟乙烯的內(nèi)反應(yīng)釜中，置于烘箱中反應(yīng)；四、自然降溫后將釜內(nèi)沉淀樣品用去離子水清洗，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干，即得鍍銅或銅氧化物石墨復(fù)合材料。本發(fā)明應(yīng)用于納米無機(jī)復(fù)合材料的制備領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J23/72GK103084179SQ20131003600
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者周波, 趙國剛, 張海軍, 張海礁, 劉麗來, 吳巖 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院