[发明专利]一种铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料、制备方法及应用，与现有技术相比，本发明制备的制备铜基三元复合金属氧化物空心纳米结构的方法具有普适性，而且产物的形貌单一、尺寸均匀、方法简单。产物纯度高，没有杂质存在，生产成本低、流程短、设备要求不高，易于放大实验且可实现工业化生产；而且，本方法中利用廉价的尿素作为空心结构的构造剂，以及调节二元醇与水的比例和非极性表面活性剂的用量特异性控制材料的颗粒的大小；制备的均质的铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料可用于对硝基苯酚还原中，表现出反应速度快、催化效率高、循环效果好、成本低廉等优点。

技术领域

本发明涉及金属氧化物微纳米材料的制备及其应用领域，特别涉及一种铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料、制备方法及应用。

背景技术

作为一类典型的材料，空心微纳米结构材料受到研究者们的关注是因为其具有低密度和高比表面积等特性，以及其空心部分能容纳大量的客体分子或大尺寸的客体,可以产生一些奇特的基于微观“包裹”效应性质,使得空心微纳米结构在能量存储领域有重要的应用。基于这一点，制备具有空心结构的微纳米结构的途径有很多，概括起来主要有直接合成法(Prog.Chem.,2008,20,679)、硬模板法(Angew.Chem.Int.Ed.,2004,43,3827)、离子交换法(New J.Chem.,2014,38,1883)、柯肯达尔效应(Chem.Mater.,2013,25,1179)、沉淀-热处理法(Adv.Mater.,2012,24,4609)等方法。

我们知道，直接合成法在合成空心结构时往往普适性较差，只能合成特定的某种空心结构，不具备推广应用的空间，因此其发展也受到极大的限制。而硬模板法一般都需要三个步骤以上，如：模板合成、模板表面复合-去模板和(或)退火处理等流程，该合成方法由于工艺复杂、成本高等因素在工业化应用方面也存在较大的局限性。而基于柯肯达尔效应和沉淀-热处理法的发展很受关注，但是一般也都需要硬模板作为支撑，因此，推广依然面临合成途径较复杂、经济成本较高等弱点。

然而，在控制合成具有空心、多孔结构的铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料方面报道还很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料的制备方法，通过两步法制备，简单、高效、环保。

本发明还提供了一种铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料，形貌单一、尺寸均匀。

本发明还有一个目的在于提供一种铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料在对硝基苯酚还原中的应用。

本发明提供的一种铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将铜盐和可溶性金属盐溶解在水和二元醇的混合溶剂中，再加入尿素和非极性表面活性剂，搅拌混匀，形成均匀的溶液；

B、步骤A制备的均匀溶液加热反应；

C、反应结束后，沉淀冷却，分离，洗涤干燥，即得前驱体；

D、将步骤C制备的前驱体煅烧，即得铜基三元复合金属氧化物空心纳米材料。

步骤A中可溶性金属盐、铜盐、尿素和非极性表面活性剂的物质的量之比为1：0.3–3：1–50：1–10；

优选的步骤A中可溶性金属盐、铜盐、尿素和非极性表面活性剂的物质的量之比为1：0.5–2：1–30：1–8；

优选的，所用的非极性表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(K30，按照结构单元的摩尔分子质量111g/mol计算)；

步骤A中所述水和二元醇的混合溶剂中，二元醇与水的体积比为1：0.1–10；优选的，二元醇与水的体积比为1：1–5；

所述二元醇选自乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或1,3-丁二醇任意一种或几种的组合。