一种Cu-Ag片状纳米复合材料的合成方法

一种cu-ag片状纳米复合材料的合成方法
技术领域
1.本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种cu-ag片状纳米复合材料的合成方法。


背景技术：

2.近年来，随着纳米表征技术的发展，人们对纳米材料的微观结构和组成有了更深入的了解。其中，金属、半导体和金属氧化物纳米材料由于其纳米尺寸效应而具有特殊的物理和化学性质，尤其是催化领域，目前，催化常用的还原催化剂是以金属材料为基础的。
3.但目前该领域主要使用材料主要是贵金属以及合金，因此，在大量非贵金属的基础上寻找高效、稳定的催化剂是被迫切需要的。其中银和铜纳米粒子由于其高的电导率和催化活性而受到广泛的关注，其中铜纳米材料是被用于二氧化碳还原、催化降解污染物、催化甘油制取甲醇以及催化甲苯选择性制取苯甲醛的等较为理想的催化剂。
4.但通过研究发现通过与其他金属进行掺杂，可以形成特定界面进而可以产生独特的催化位点，实现催化效率的提高。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可形成特定界面、产生独特催化位点、光吸收性能强的cu-ag片状纳米复合材料的合成方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种cu-ag片状纳米复合材料的合成方法，该方法包括以下步骤：
8.制备cu纳米材料前驱体：将模板与铜源分别分散到溶剂中分散均匀，得到第一分散液；
9.先后将还原剂和第一分散液混合及进行加热处理，得到cu纳米材料；
10.合成cu-ag片状纳米复合材料：将制取得到的cu纳米材料进行分离以及洗涤，并分散到溶剂中，并加入一定量的模板剂，得到第二分散液；
11.将银源分散在溶剂中，形成银源分散液，再将银源分散液加入到第二分散液中，并持续搅拌，得到cu-ag片状纳米复合材料。
12.进一步地，所述的铜源与银源中，铜和银的摩尔比为1:(0-10)，优选1:(0-2)，不取0。
13.进一步地，所述的第一分散液中，铜源、模板剂及溶剂的用量比为(1-2)mmol:(0-1)g:30ml，不取0。
14.进一步地，第二分散液中，模板剂与铜的用量比为(0.08-0.12)g:1mmol。也可以说第二分散液中，模板剂的用量为0.08-0.12g。
15.进一步地，所述的还原剂与铜源的摩尔比为(1-3):1。
16.进一步地，在所述制取cu纳米材料溶液中，还原剂、铜源中的铜和溶剂的用量比为(1.8-2.2)mmol:1mmol:10ml。
17.进一步地，所述的银源分散液中，银和溶剂的比为(0-2)mmol:10ml，不取0。
18.进一步地，所述加热处理的的温度为140-180℃，时间为10min-2h。
19.进一步地，所述持续搅拌的时间为30min-2h。
20.进一步地，所述的模板剂包括聚乙烯吡咯烷酮；所述的还原剂包括果糖。
21.进一步地，所述的铜源包括一水乙酸铜、硝酸铜或硫酸铜；所述的银源包括乙酸银、硝酸银或硫酸银。
22.进一步地，所述的溶剂包括乙二醇或水。
23.进一步地，该材料可在水催化分解、太阳能电池、超级电容器、锂离子电池、燃料电池和催化等领域的应用。
24.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
25.(1)本发明合成方法工艺条件简单，实验方法安全，实验结果可控性强，可合成大量cu-ag片状纳米复合材料；
26.(2)通过控制铜银比，可合成不同形貌的复合材料；
27.(3)本发明所得cu-ag片状纳米复合材料是一种新型半导体纳米材料，在二氧化碳催化还原、污染物降解、碱性燃料电池阴极材料等领域有应用前景。
附图说明
28.图1为实施例1-5制备材料的xrd图谱；
29.图2为实施例1-5制备材料的sem图像；
30.图3为实施例5制备材料的tem图像；
31.图4为实施例5制备材料的cv图像；
32.图5为对比例1的sem图像。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
34.一种cu-ag片状纳米复合材料的合成方法，该方法包括以下步骤：
35.制备cu纳米材料前驱体：将模板与铜源分别分散到溶剂中分散均匀，得到第一分散液；铜源与银源中，铜和银的摩尔比为1:(0-10)，优选1:(0-2)，不取0。第一分散液中，铜源、模板剂及溶剂的质量体积比为(1-2)mmol:(0-1)g:30ml，不取0。将还原剂分散到溶剂中，并与第一分散液混合，还原剂与铜源的摩尔质量比为(1-3):1。在所述制取cu纳米材料溶液中，还原剂、铜源中的铜和溶剂的摩尔体积比为(1.8-2.2)mmol:1mmol:10ml。还原剂、铜源和模板剂的摩尔质量比为(1.8-2.2)mmol:1mmol:(0.1-1)g。
36.先后将还原剂和第一分散液混合及进行加热处理，得到cu纳米材料；加热处理的的温度为130-180℃，时间为10min-2h。模板剂包括聚乙烯吡咯烷酮；所述的还原剂包括果糖。铜源包括一水乙酸铜、硝酸铜或硫酸铜；溶剂包括乙二醇或水。
37.合成cu-ag片状纳米复合材料：将制取得到的cu纳米材料进行分离以及洗涤，并分散到溶剂中，并加入一定量的模板剂，得到第二分散液；持续搅拌的时间为30min-2h；银源分散液中，银和溶剂的比为(0-2)mmol:10ml，不取0。持续搅拌的时间为30min-2h。银源包括
乙酸银、硝酸银或硫酸银。模板剂与铜源的质量摩尔比为(0.08-0.12)g:1mmol。
38.将银源分散在溶剂中，形成银源分散液，再将银源分散液加入到第二分散液中，并持续搅拌，持续搅拌的时间为30min-2h；得到cu-ag片状纳米复合材料，该材料可在水催化分解、太阳能电池、超级电容器、锂离子电池、燃料电池和催化等领域的应用。
39.实施例1
40.在温度为160℃下，ag、cu元素的比例为0:1的条件下，合成cu纳米材料的方法如下：
41.(1)将0.66g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)与1mmol乙酸铜分散到30ml的乙二醇中，放置在磁力搅拌器上，搅拌30min至两者完全分散到溶剂中；
42.(2)称取2mmol果糖分散到10ml乙二醇中，并使用磁力搅拌器使两者分散均匀。待分散均匀后将(1)中分散液以及上述分散液倒入三颈烧瓶中，然后置于磁力搅拌器上在温度为160℃下加热搅拌30min；
43.(3)将(2)中加热后获得的物质进行离心，后经去离子水水以及酒精进行洗涤，而后常温下干燥；
44.图1中a为实施例1的xrd图谱，图2中b为实施例1所制备材料的sem图像，由图可知，样品主要有铜组成，且粒径约为500nm左右的多面体组成。
45.实施例2
46.合成cu-ag片状纳米复合材料的方法如下：
47.(1)将0.66g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)与1mmol乙酸铜分散到30ml的乙二醇中，放置在磁力搅拌器上，搅拌30min至两者完全分散到溶剂中；
48.(2)称取2mmol果糖分散到10ml乙二醇中，并使用磁力搅拌器使两者分散均匀。待分散均匀后将(1)中分散液以及上述分散液倒入三颈烧瓶中，然后置于磁力搅拌器上温度为160℃下加热搅拌30min；
49.(3)将(2)中获得的物质离心得到铜纳米材料，后经去离子水以及酒精进行洗涤，而后分散到20ml的去离子水中，并加入0.1g pvp，常温搅拌30min；
50.(4)称量0.1mmol的乙酸银，与10ml去离子水混合，并通过搅拌以及超声使乙酸银在去离子水中分散均匀。然后将乙酸银分散液加入步骤(3)中的溶液中，并持续常温搅拌50min后静置24h，得到cu-ag片状纳米复合材料；
51.图1中b为实施例2的xrd图谱，图2中b为实施例2制备材料的sem图像，由图可知，样品主要有铜与银组成，形貌显现为片状物与颗粒状结合的形貌。
52.实施例3
53.合成cu-ag片状纳米复合材料的方法如下：
54.(1)将0.66g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)与1mmol乙酸铜分散到30ml的乙二醇中，放置在磁力搅拌器上，搅拌30min至两者完全分散到溶剂中；
55.(2)称取2mmol果糖分散到10ml乙二醇中，并使用磁力搅拌器使两者分散均匀。待分散均匀后将(1)中分散液以及上述分散液倒入三颈烧瓶中，然后置于磁力搅拌器上在温度为160℃下加热搅拌30min；
56.(3)将(2)中获得物质的离心得到铜纳米材料，后经酒精以及去离子水进行洗涤，而后分散到20ml的去离子水中，并加入0.1g pvp，常温搅拌30min；
57.(4)称量0.5mmol的乙酸银，与10ml去离子水混合，并通过搅拌使乙酸银在去离子水中分散均匀。然后将乙酸银分散液加入步骤(3)中的溶液中，并持续常温搅拌50min后静置24h，得到cu-ag片状纳米复合材料；
58.图1中c为实施例3的xrd图谱，图2中c为实施例3制备材料的sem图像，由图可知，样品主要有铜与银组成，形貌显现为片状物与少许颗粒状相结合的形貌，图3中a为示例3的tem图像，可见其局部演化为片状物。
59.实施例4
60.合成cu-ag片状纳米复合材料的方法如下：
61.(1)将0.66g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)与1mmol乙酸铜分散到30ml的乙二醇中，放置在磁力搅拌器上，搅拌30min至两者完全分散到溶剂中；
62.(2)称取2mmol果糖分散到10ml乙二醇中，并使用磁力搅拌器使两者分散均匀。待分散均匀后将(1)中分散液以及上述分散液倒入三颈烧瓶中，然后置于磁力搅拌器上在温度为160℃下加热搅拌30min；
63.(3)将(2)中获得的物质离心得到铜纳米材料，后经去离子水水以及酒精进行洗涤，而后分散到20ml的去离子水中，并加入0.1g pvp，常温搅拌30min；
64.(4)称量1mmol的乙酸银，与10ml去离子水混合，并通过搅拌以及超声使乙酸银在去离子水中分散均匀。然后将乙酸银分散液加入步骤(3)中的溶液中，并持续常温搅拌50min后静置24h，得到cu-ag片状纳米复合材料；
65.图1中d为实施例4的xrd图谱，图中d为实施例4制备材料的sem图像，由图可知，样品主要有铜与银组成，形貌显现为片状物与颗粒状结合的形貌。
66.实施例5
67.(1)将0.66g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)与1mmol乙酸铜分散到30ml的乙二醇中，放置在磁力搅拌器上，搅拌30min至两者完全分散到溶剂中；
68.(2)称取2mmol果糖分散到10ml乙二醇中，并使用磁力搅拌器使两者分散均匀。待分散均匀后将(1)中分散液以及上述分散液倒入三颈烧瓶中，然后置于磁力搅拌器上在温度为160℃下加热搅拌30min；
69.(3)将(2)中获得的物质离心得到铜纳米前驱体，后经去离子水以及酒精进行洗涤，而后分散到20ml的去离子水中，并加入0.1g pvp，常温搅拌30min；
70.(4)称量2mmol的乙酸银，与10ml去离子水混合，并通过搅拌以及超声使乙酸银在去离子水中分散均匀。然后将乙酸银分散液加入步骤(3)中的溶液中，并持续常温搅拌50min静置24h，得到cu-ag片状纳米复合材料；
71.图1中e为实施例5的xrd图谱，图2中e为实施例5制备材料的sem图像，由图可知，样品主要有铜与银组成，形貌显现为完全片状物的形貌。图3中b为实施例4的tem图像，合成的材料包表现出均匀的cu、ag元素分布以及片状结构。
72.图4中a-e为实施例1-5的cv曲线，可以清晰随着ag的比例增加，在1.2v以及1.0v附近表现出较强的氧化峰以及还原峰。
73.对比例1
74.(1)将0.66g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)以及1mmol乙酸铜分散到于30ml的乙二醇中；
75.(2)称取1.5mmol果糖分散到10ml乙二醇中；
76.(3)将两者倒入三颈烧瓶中，然后置于磁力搅拌器上在温度为160℃下加热搅拌2h；
77.(4)称量1mmol的乙酸银分散到10ml的乙二醇溶液中，并加入步骤(2)的溶液中，在160℃下持续加热搅拌2h，而后通过离心和洗涤得到样品。
78.图5为对比例1的sem图谱，可以看出，该物质微观结构于上述的片状纳米结构有着明显差别。
79.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。