專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三維多孔納米金催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種三維多孔納米金催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
三維多孔納米金屬催化劑中蓬松的孔洞結(jié)構(gòu)有利于物質(zhì)的交換，而大 的表面積又有利于電化學(xué)反應(yīng)的催化，這就使得三維多孔納米金屬催化劑 非常適合做電化學(xué)器件，比如傳感器，燃料電池以及電池等的電極材料。 因此，三維多孔納米金屬催化劑的合成和應(yīng)用研究引起了人們極大的興趣。
目前，主要是基于H2模板法(Chem， Mater. 2004， 16: 5460-5464)制備三 維多孔納米金屬催化劑。但是，金不能直接用H2模板法合成，因?yàn)榻鸨旧?有很高的平衡電位和較低的氫過(guò)電位，這使得Au表面只有H2的析出而沒(méi)有 Au的還原。Cu， Ni，Sn等金屬的多孔納米結(jié)構(gòu)可以用H2模板法合成，因此， 多孔納米金的制備是在H2動(dòng)態(tài)模板形成多孔結(jié)構(gòu)的Cu膜后再通過(guò)置換反應(yīng) 得到的(Electrochem. Commu. 2007， 9: 981-988)。其方法是先通過(guò)H2 模板法合成多孔的Cu膜，再在Cu膜與Au鹽之間通過(guò)置換反應(yīng)得到Cu支 持的多孔Au膜。此方法中用到的H2模板簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、無(wú)污染，以Cu 作為支持三維多孔結(jié)構(gòu)的Au催化劑的基底物質(zhì)，價(jià)格便宜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三維多孔納米金催化劑；
本發(fā)明的另一 目的是提供一種三維多孔納米金催化劑的制備方法。為探索低成本，高質(zhì)量和大批量的生產(chǎn)三維多孔納米金催化劑的方法，
本發(fā)明以硫酸銅、硫酸、銅箔、氯金酸為原料，選擇無(wú)污染的H2模板和價(jià)
格便宜的銅作為支持基底規(guī)模制備三維多孔納米金催化劑。
本發(fā)明三維多孔納米金生成反應(yīng)機(jī)理是 3Cu+2AuCl4—=3Cu2++2Au+8Cl— 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的制備步驟如下
1) 、將銅箔用砂紙打磨處理，再分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清 洗，干燥；
2) 、待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到 銅箔上；
3) 、將硫酸銅溶液與硫酸溶液混合，混合液中硫酸銅的濃度為0. 125 0.400 M，硫酸的濃度為O. 500 1.500M;
4) 、將處理好的銅箔、鉑片電極分別置于以上混合液中，并保持兩者 之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連；
5) 、接通電源，控制兩電極間的電壓為3. 0 5. 0V，電流O. 250 1. 220A， 用H2動(dòng)態(tài)模板電沉積銅，控制沉積時(shí)間為60 120s;
6) 、將得到的電沉積銅箔置于1.000 3.000mM的氯金酸水溶液中，靜 置5 9h;
7) 、將銅箔于常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑，孔洞的尺 寸為20 40^m，金納米粒子的尺寸為2 5nm，金納米粒子堆砌的骨架結(jié)構(gòu) 為10 20|um。
依上述方法所制得的三維多孔納米金催化劑的X射線(xiàn)電子衍射分析表明產(chǎn)物為銅和金的混合物。進(jìn)一步的掃描電鏡分析表明反應(yīng)產(chǎn)物是三
維多孔納米金，孔洞的尺寸為20 40pm，金納米粒子的尺寸為2 5mn，金 納米粒子堆砌的骨架結(jié)構(gòu)為10 20nm。
本發(fā)明制備的三維多孔納米金催化劑為多孔結(jié)構(gòu)且有高的表面積，有 利于物質(zhì)的交換和催化活性的提高，并且以?xún)r(jià)格低廉的銅為多孔的支持材 料，成本低廉；三維多孔納米金催化劑的制備方法基于H2模板法，無(wú)污染, 工藝簡(jiǎn)單，且可連續(xù)批量生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗, 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到 銅箔上。將0. 250M的硫酸銅溶液與1. OOOM硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0. 125M，硫酸濃度為0. 500M。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 3.0V，電流0.250A,用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為120s。將 得到的電沉積銅箔置于3. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置5h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑?？锥吹某叽鐬?3(im，金 納米粒子的尺寸為5nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為19^im。
實(shí)施例2:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到銅箔上。將0.250M的硫酸銅溶液與1.000M硫酸溶液按體積比1: l混 合，使溶液中硫酸銅的濃度為O. 125M,硫酸濃度為0.500M。將處理好的銅 箔、鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、 銅箔分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電 壓為4.0V，電流0.620A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為90s。 將得到的電沉積銅箔置于2. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置7h。將以 上樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑。孔洞的尺寸為23^irn， 金納米粒子的尺寸為4nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為17(im。
實(shí)施例3:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到 銅箔上。將0. 250M的硫酸銅溶液與1. OOOM硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0. 125M，硫酸濃度為0. 500M。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 5.0V，電流1.220A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為60s。將 得到的電沉積銅箔置于1. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置9h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑。孔洞的尺寸為20|_im，金 納米粒子的尺寸為5nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為20^m。
實(shí)施例4:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔千燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到銅箔上。將0. 400M的硫酸銅溶液與2. 000M硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0. 200M,硫酸濃度為1.000M。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 3.0V,電流0.250A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為120s。將 得到的電沉積銅箔置于3. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置5h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑?？锥吹某叽鐬?0^，金 納米粒子的尺寸為4nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為16p。 實(shí)施例5:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到 銅箔上。將0.400M的硫酸銅溶液與2.000M硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0.200M，硫酸濃度為1.000M。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 4.0V，電流0.620A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為90s。將 得到的電沉積銅箔置于2. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置7h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑。孔洞的尺寸為33,金 納米粒子的尺寸為4nm,金納米粒子堆砌的骨架壁厚為14pm。
實(shí)施例6:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到銅箔上。將0.400M的硫酸銅溶液與2.000M硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0. 200M，硫酸濃度為1. OOOM。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 5.0V，電流1.220A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為60s。將 得到的電沉積銅箔置于1. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置9h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑?？锥吹某叽鐬?9|um，金 納米粒子的尺寸為5mn，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為16pm。 實(shí)施例7:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到 銅箔上。將0.800M的硫酸銅溶液與3.000M硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0.400M，硫酸濃度為1.500M。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 3.0V,電流0.250A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為120s。將 得到的電沉積銅箔置于3. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置5h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑?？锥吹某叽鐬?8網(wǎng)，金 納米粒子的尺寸為3nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為12!Lim。
實(shí)施例8:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到銅箔上。將0. 800M的硫酸銅溶液與3. 000M硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0.400M，硫酸濃度為1.500M。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 4.0V，電流0.620A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為90s。將 得到的電沉積銅箔置于2. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置7h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑。孔洞的尺寸為40pm，金 納米粒子的尺寸為2mn，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為10pm。 實(shí)施例9:
將銅箔用砂紙打磨處理，然后分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清洗， 干燥。待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，再用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到 銅箔上。將0. 800M的硫酸銅溶液與3. 000M硫酸溶液按體積比1: 1混合， 使溶液中硫酸銅的濃度為0. 400M，硫酸濃度為1.500M。將處理好的銅箔、 鉑片電極分別置于混合液中，并保持兩者之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔 分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連。接通電源，控制兩電極間的電壓為 5.0V，電流1.220A，用H2動(dòng)態(tài)模板法電沉積銅，控制沉積時(shí)間為60s。將 得到的電沉積銅箔置于1. OOOmM的60ml氯金酸水溶液中，靜置9h。將以上 樣品常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑?？锥吹某叽鐬?8jim，金 納米粒子的尺寸為4nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為13p。
權(quán)利要求
1、一種三維多孔納米金催化劑，孔洞的尺寸為20～40μm，金納米粒子的尺寸為2～5nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為10～20μm；
2、 一種三維多孔納米金催化劑的制備方法，其特征在于制備步驟如下-1) 、將銅箔用砂紙打磨處理，再分別用硫酸，乙醇，去離子水超聲清 洗，干燥；2) 、待銅箔干燥后截成lxlcm2的正方形小片，用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到 銅箔上；3) 、將硫酸銅溶液與硫酸溶液混合，混合液中硫酸銅的濃度為0. 125 0.400 M，硫酸的濃度為O. 500 1.500M;4) 、將處理好的銅箔、鉑片電極分別置于以上混合液中，并保持兩者 之間的距離為2cm，將鉑片、銅箔分別與直流穩(wěn)壓電源陽(yáng)極、陰極相連；5) 、接通電源，控制兩電極間的電壓為3. 0 5. 0V，電流O. 250 1. 220A， 用H2動(dòng)態(tài)模板電沉積銅，控制沉積時(shí)間為60 120s;6) 、將得到的電沉積銅箔置于1.000 3.000mM的氯金酸水溶液中，靜 置5 9h;7) 、將銅箔于常溫下干燥，即得到三維多孔納米金催化劑，孔洞的尺 寸為20 40nm，金納米粒子的尺寸為2 5nm，金納米粒子堆砌的骨架結(jié)構(gòu) 為10 20|_un。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種三維多孔納米金催化劑的制備方法，本發(fā)明以硫酸銅、硫酸、銅箔、氯金酸為原料，選擇H₂模板制備三維多孔納米金催化劑，硫酸銅的濃度為0.125～0.400M，硫酸的濃度為0.500～1.500M；砂紙打磨、清洗銅箔，直至其表面為亮的金屬銅的顏色；截取1×1cm²的銅箔，用點(diǎn)焊機(jī)將導(dǎo)線(xiàn)焊接到銅箔上；以銅箔為陰極，鉑片為陽(yáng)極在3.0～5.0V電壓下電沉積銅，沉積時(shí)間為60～120s；將銅箔置于氯金酸濃度為1.000～3.000mM的60ml水溶液中，室溫下靜置5～9h，即制得三維多孔納米金催化劑?？锥吹某叽鐬?0～40μm，金納米粒子的尺寸為2～5nm，金納米粒子堆砌的骨架壁厚為10～20μm。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，且可連續(xù)批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B01J23/48GK101612567SQ20091006729
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者華凱峰, 呂翔宇, 李翠玲, 王玉江, 怡 蘇, 莉 黃 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所