一种微纳米分级多孔铜及其制备方法与流程

本发明属于纳米多孔金属材料的制备技术领域，具体涉及一种微纳米分级多孔铜，以及一种微纳米分级多孔铜的制备方法。

背景技术：

多孔材料由于其具有低密度、高孔隙率和高比表面积，展现出特殊的物理、化学和机械性能，因此在众多领域如催化、传感、能源、燃料电池以及表面增强拉曼散射等领域都表现出巨大的应用潜力。具有多级孔径的材料可进一步提高其比表面积和孔隙率等特性，因此制备孔径均匀可控的多级孔材料至关重要。微纳米分级多孔金属的制备方法有固-气共晶定向凝固、渗流铸造法、氢模板法等，但这些方法存在操作复杂、成本高或获得的孔径结构不均匀，而利用添加造孔剂法制备微米多孔金属和脱合金法制备纳米多孔金属都有一定研究，但将两种方法结合制备具有分级多孔结构的金属却鲜有报道。

两级微米孔的存在一方面使复合多孔材料密度更低，比表面积更大；另一方面，提高了气液流动与离子交换速率，进一步提升多孔材料在过滤、催化等领域的应用。微米孔为脱合金过程提供大通道，有利于腐蚀液渗流，微米孔和纳米孔的共同作用增大了多孔材料的比表面积和孔隙率，可提高多孔材料的催化、传感等性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种微纳米分级多孔铜的制备方法，该方法实现了通过添加造孔剂法与脱合金法相结合，从而得到两级微米孔和单级纳米孔复合的多孔铜结构。

本发明的另一个目的是提供一种微纳米分级多孔铜。

本发明所采用的技术方案是，一种微纳米分级多孔铜的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按一定比例称取铜粉、锰粉和氯化钠颗粒，混粉均匀；

步骤2、将步骤1混合均匀的粉末填入模具中，以一定的压力进行压制，保压一定时间；

步骤3、将步骤2压制好的试样置于高温管式炉内，以一定的升温速率进行烧结，保温一定时间，随炉冷却后将试样取出，全程通氩气保护；

步骤4、将烧结后的试样在砂纸上将其表面打磨光亮，置于恒温水浴的去离子中水浸；

步骤5、将水浸后的试样继续在恒温水浴条件下，用盐酸进行脱合金处理，待无明显气泡逸出，脱合金完成，即得到具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜。

本发明的特征还在于，

步骤1中，铜粉与锰粉的摩尔比为4:6-5:5。

步骤1中，nacl颗粒的用量占铜粉、锰粉和氯化钠颗粒三种原料总体积的60-80vol％。

步骤1中，混粉时间为4-8h。

步骤2中，成型压力为2-20mpa，保压时间为1min。

步骤3中，升温速率为10℃/min，烧结温度为820℃-900℃，保温时间为4h。

步骤4中，水浸温度为60℃。

步骤5中，恒温水浴温度为70℃。

步骤5中，盐酸浓度为0.1mol/l。

本发明所采用的技术方案是，一种微纳米分级多孔铜，该微纳米分级多孔铜由上述方法制备得到。

本发明的有益效果是：

本发明一种微纳米分级多孔铜的制备方法，工艺简便，利用添加造孔剂法与脱合金法相结合成功制备出具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜。进一步提高了气液流动与离子交换速率，使得到的多孔材料在过滤、催化等领域具有广泛的应用前景；该方法有利于提供更大的比表面积，增加活性位点，提高多孔材料的催化、传感等性能。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的微纳米分级多孔铜的sem图；

图2是图1a处的放大图；

图3是图2b处的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种微纳米分级多孔铜的制备方法，该制备方法为添加造孔剂法与脱合金法相结合，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按一定比例称取铜粉、锰粉和氯化钠颗粒，混粉均匀；

步骤1中，铜粉与锰粉的摩尔比为4:6-5:5。

步骤1中，nacl颗粒的用量占铜粉、锰粉和氯化钠颗粒三种原料总体积的60-80vol％。

步骤1中，混粉时间为4-8h。

步骤2、将步骤1混合均匀的粉末填入模具中，以一定的压力进行压制，保压一定时间；

步骤2中，成型压力为2-20mpa，保压时间为1min；

步骤3、将步骤2压制好的试样置于高温管式炉内，以一定的升温速率进行烧结，保温一定时间，随炉冷却后将试样取出，全程通氩气保护；

步骤3中，升温速率为10℃/min，烧结温度为820℃-900℃，保温时间为4h。

步骤4、将烧结后的试样在砂纸上将其表面打磨光亮，置于恒温水浴的去离子中水浸；

步骤4中，水浸温度为60℃；

步骤5、将水浸后的试样继续在恒温水浴条件下，用盐酸进行脱合金处理，待无明显气泡逸出，脱合金完成，即得到具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜；

步骤5中，恒温水浴温度为70℃；

步骤5中，盐酸浓度为0.1mol/l。

本发明还提供一种微纳米分级多孔铜，由上述方法制备得到。

实施例1

步骤1，称取摩尔比为5:5的铜粉、锰粉，氯化钠颗粒按总体积比的60vol％称取，混粉8h。

步骤2，称取混合均匀的粉末填入模具中，以10mpa的压力进行压制，保压1min。

步骤3，将压制好的试样置于高温管式炉内中以10℃/min的升温速率进行烧结，烧结温度为870℃，保温4h，随炉冷却后将试样取出。全程通氩气保护。

步骤4，将烧结后的试样在砂纸上将其表面打磨光亮，置于恒温60℃的水浴锅中水浸。

步骤5，将水浸后的试样取出，再置于0.1mol/l的hcl溶液中进行脱合金，脱合金过程在水浴恒温70℃下进行，无明显气泡逸出，脱合金完成，即得到具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜。

图1-3为实施例1制备的微纳米分级多孔铜的sem图，从图上可以看出，通过添加造孔剂法与脱合金法相结合，实现了由造孔剂脱除形成的第一级微米孔，由合金粉末不完全烧结形成的第二级微米孔，由脱合金后形成的纳米孔，从而得到各级孔径分布均匀、孔隙三维贯通的微纳米复合多孔铜。该工艺操作简便且能调控产品结构，具有积极的工业应用价值。

实施例2

步骤1，称取摩尔比为5:5的铜粉、锰粉，氯化钠颗粒按总体积比的70vol％称取，混粉4h。

步骤2，称取混合均匀的粉末填入模具中，以2mpa的压力进行压制，保压1min。

步骤3，将压制好的试样置于高温管式炉内中以10℃/min的升温速率进行烧结，烧结温度为820℃，保温4h，随炉冷却后将试样取出。全程通氩气保护。

步骤4，将烧结后的试样在砂纸上将其表面打磨光亮，置于恒温60℃的水浴条件下水浸。

步骤5，将水浸后的试样取出，再置于0.1mol/l的hcl溶液中进行脱合金，脱合金过程在水浴恒温70℃下进行，无明显气泡逸出，脱合金完成，即得到具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜。

实施例3

步骤1，称取摩尔比为5:5的铜粉、锰粉，氯化钠颗粒按总体积比的80vol％称取，混粉8h。

步骤2，称取混合均匀的粉末填入模具中，以20mpa的压力进行压制，保压1min。

步骤3，将压制好的试样置于高温管式炉内中以10℃/min的升温速率进行烧结，烧结温度为900℃，保温4h，随炉冷却后将试样取出。全程通氩气保护。

步骤4，将烧结后的试样在砂纸上将其表面打磨光亮，置于恒温60℃的水浴条件下水浸。

步骤5，将水浸后的试样取出，再置于0.1mol/l的hcl溶液中进行脱合金，脱合金过程在水浴恒温70℃下进行，无明显气泡逸出，脱合金完成，即得到具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜。

实施例4

步骤1，称取摩尔比为4:6的铜粉、锰粉，氯化钠颗粒按总体积比的60vol％称取，混粉8h。

步骤2，称取混合均匀的粉末填入模具中，以10mpa的压力进行压制，保压1min。

步骤3，将压制好的试样置于高温管式炉内中以10℃/min的升温速率进行烧结，烧结温度为870℃，保温4h，随炉冷却后将试样取出。全程通氩气保护。

步骤4，将烧结后的试样在砂纸上将其表面打磨光亮，置于恒温60℃的水浴条件下水浸。

步骤5，将水浸后的试样取出，再置于0.1mol/l的hcl溶液中进行脱合金，脱合金过程在水浴恒温70℃下进行，无明显气泡逸出，脱合金完成，即得到具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜。

实施例5

步骤1，称取摩尔比为4:7的铜粉、锰粉，氯化钠颗粒按总体积比的75vol％称取，混粉8h。

步骤2，称取混合均匀的粉末填入模具中，以10mpa的压力进行压制，保压1min。

步骤3，将压制好的试样置于高温管式炉内中以10℃/min的升温速率进行烧结，烧结温度为840℃，保温4h，随炉冷却后将试样取出。全程通氩气保护。

步骤4，将烧结后的试样在砂纸上将其表面打磨光亮，置于恒温60℃的水浴条件下水浸。

步骤5，将水浸后的试样取出，再置于0.1mol/l的hcl溶液中进行脱合金，脱合金过程在水浴恒温70℃下进行，无明显气泡逸出，脱合金完成，即得到具有两级微米孔和单级纳米孔复合多孔铜。