[发明专利]一种以ZIF‑67为模板制备CuO/多孔碳复合吸波材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以金属有机骨架ZIF-67为模板制备CuO镶嵌多孔碳的复合吸波材料的方法，属于微波吸收材料技术领域。

背景技术

随着电磁波技术的不断发展，新型吸波材料逐渐向轻质、薄厚度、宽频带、强吸收方向发展，近年来，由于碳材料密度小、电磁衰减能力强等优势，碳基材料作为轻质吸波材料得到了人们的广泛关注。钴基咪唑酯金属有机骨架材料(ZIF-67)具有较高的热稳定性，另外还具有比表面积大、孔隙率高、制备工艺简单等优点，适于批量生产，采用其为前驱物所得碳材料具有较高的石墨化性质，具备了发展为轻质微波吸收材料的重要条件。

氧化铜(CuO)是一种P型半导体，具有较窄的禁带宽度(1.2eV)，由于其独特的性能及其广泛的潜在应用，在光电开关、阳极材料、催化、光电极和气体传感器等应用中得到了广泛关注。近年来，CuO的复合材料作为微波吸收材料被大量研究。例如，Zen等人通过在空气中煅烧Cu-碳纤维的方法制备了CuO-碳纤维复合材料，发现该复合物在匹配厚度为1.8mm，7.8GHz时其反射损耗达到最优值为-29.6dB(Zeng J，Xu J，Tao P，et al.Ferromagnetic and microwave absorption properties of copper oxide-carbon fiber composites.Journal of Alloys and Compounds，2009，487(1)：304-308.)。Zhao等人通过两步水热合成法制备了Ni-CuO核壳复合结构，该复合结构在较低的匹配厚度(1.7mm)下，反射损耗RL值达到最优为-62.2dB。测试证明CuO具有较低的介电常数值，在Ni-CuO复合物中Ni与CuO之间存在的界面增强了界面极化，提高了材料的微波吸收性能(Biao Zhao，Gang Shao，Bingbing Fan，Wanyu Zhao and Rui Zhang，Facile synthesis and enhanced microwave absorption properties of novel hierarchical heterostructures based on a Ni microsphere-CuO nano-rice core-shell composite.Phys.Chem.Chem.Phys.，2015，17，6044-6052)。此外CuO较低的介电常数(ε′≈4)也改善了复合材料的阻抗匹配。因此，CuO也可作为一种阻抗匹配剂来改善碳材料的阻抗匹配特性。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种以金属有机骨架ZIF-67为模板制备CuO镶嵌多孔碳复合吸波材料的方法，该制备方法工艺简单、生产成本低。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种以ZIF-67为模板制备CuO/多孔碳复合吸波材料的方法，包括如下步骤：

步骤1，沉淀法合成金属有机骨架ZIF-67粉末；

步骤2，将步骤1的ZIF-67粉末置于氮气下煅烧，将有机大分子碳化，将煅烧后的物质溶解于HF溶液中，得到去除金属Co的产物，将其标记为NPC；

步骤3，将步骤2的产物NPC溶解于Cu(NO₃)₂溶液中，反应后去除上层溶液，将得到的固体物干燥处理，干燥后再置于氮气下煅烧，即得到CuO镶嵌的多孔碳复合吸波材料；其中，所述煅烧温度为300℃～600℃。

其中，步骤2中，对于每1mgZIF-67粉末，所需HF溶液的体积为0.5mL。

其中，步骤2中，所述HF溶液的质量百分浓度为10％。

其中，步骤2中，所述煅烧温度为700℃，煅烧时间为5h。

其中，步骤3中，对于每1mgNPC，所需Cu(NO₃)₂溶液的体积为100mL。

其中，步骤3中，所述Cu(NO₃)₂溶液的浓度为0.4mol/L。

其中，步骤3中，所述干燥温度为60℃，干燥时间为24h。

其中，步骤3中，所述煅烧时间为3h。

本发明制备方法的原理：通过简单的硝酸铜浸渍多孔碳(该多孔碳为纯NPC，通过HF去除Co@NPC中的金属Co获得)的方法获得多孔碳负载硝酸铜的混合物，而后将混合物在适宜条件下煅烧得到CuO镶嵌的多孔碳复合物(CuO@NPC)。