多孔碳材料上生长单层石墨烯包裹铜纳米粒子的制备方法与流程

本发明涉及一种铜纳米粒子的制备方法，具体涉及一种多孔碳材料上生长单层石墨烯包裹铜纳米粒子的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术：

铜在自然中分布广泛，储量丰富。铜的催化性能在能源与环境领域有着较多应用。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。

目前纳米米铜/石墨烯复合材料仅有如下专利：【苏峰华,孟元,陈杨枝一种纳米铜/石墨烯复合材料及其制备方法与应用，CN 104479804 A】。其采用铜盐和氧化石墨烯为前驱体，合成纳米米铜/石墨烯复合材料并用于润滑油添加剂技术领域。然而其合成的铜颗粒粒径较大，而且通过还原氧化石墨烯得到的石墨烯团聚严重，导电性较差，不适合能源与环境领域，特别是电催化领域的应用。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的缺陷，而提供一种多孔碳材料上生长单层石墨烯包裹铜纳米粒子的方法，利用单层石墨烯包覆铜纳米粒子，保持铜纳米粒子的反应活性，与此同时利用单层石墨烯的单原子厚度，使电子穿透单层石墨烯于污染物反应成为可能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：多孔碳材料上生长单层石墨烯包裹铜纳米粒子的方法，是以三维石墨烯泡沫，多孔碳泡沫，或者多孔金属泡沫为导电基体，通过化学气相沉淀的方法在所述导电基体表面生长出单层石墨烯包裹的铜纳米粒子。

优选的，所述制备方法以具体步骤为：

(1)在管式炉1中装载大比表面积的金属铜泡沫或者铜网，升温到1000～1200℃，使铜升华，产生气化的铜原子气流，并与管式炉中通入的氢气和甲烷气流混合；

(2)铜原子，氢气和甲烷混合气流到达管式炉后，温度下降，铜原子沉积在装载与管式炉中的多孔碳材料，同时铜原子表面发生复杂的催化反应，形成单层石墨烯包覆铜纳米粒子；

(3)通过调节真空泵的强度控制管式炉内的真空度，以及调节管式炉中单层石墨烯包裹铜纳米粒子的生长温度以及生长时间，得到不同负载率，不同铜粒径的单层石墨烯包裹铜纳米粒子。

所述管式炉内的温度控制在600～800℃。

优选的，通过上述制备方法得到的铜纳米粒子粒径在5～50nm。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的利用单层石墨烯包覆铜纳米粒子，保持铜纳米粒子的反应活性，与此同时利用单层石墨烯的单原子厚度，使电子穿透单层石墨烯于污染物反应成为可能；铜纳米粒子粒径在5到50纳米之间，使得表面铜原子不饱和键增多，进一步提高反应效率；同时本发明采用了原子态的铜原子做为反应前驱体，使原子级别的催化剂设计成为可能。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

附图1为本发明所采用的反应装置的结构示意图；

附图2和图3为本发明的三维碳材料上生长的单层石墨烯包裹铜纳米粒子，粒径在5到50纳米之间图像；

附图4为本发明的三维碳材料上生长的单层石墨烯包裹铜纳米粒子，粒径增大到500纳米的图像。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出多孔碳材料上生长单层石墨烯包裹铜纳米粒子的方法，是以三维石墨烯泡沫，多孔碳泡沫，或者多孔金属泡沫为导电基体，通过化学气相沉淀的方法在所述导电基体表面生长出单层石墨烯包裹的铜纳米粒子。

如附图1所示，其制备方法配合制备装置的具体步骤为：

(1)在管式炉1中装载大比表面积的金属铜泡沫11或者铜网，升温到1000～1200℃，使铜升华，产生气化的铜原子气流，并与管式炉1中通入的氢气和甲烷气流混合；

(2)铜原子，氢气和甲烷混合气流到达管式炉2后，温度下降至600～800℃；铜原子沉积在装载与管式炉2中的多孔碳材料21，同时铜原子表面发生复杂的催化反应，形成单层石墨烯包覆铜纳米粒子22；

(3)通过调节真空泵的强度控制管式炉1、管式炉2内的真空度，以及调节管式炉2中单层石墨烯包裹铜纳米粒子的生长温度以及生长时间，在多孔碳材料上生长出不同负载率，不同铜粒径的单层石墨烯包裹铜纳米粒子。

通过上述制备方法得到的铜纳米粒子粒径在5～50nm，如附图2、3所示，通过调节生长参数，可以进一步将粒径增大到500纳米，如附图4所示。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。