[发明专利]铜基纳米晶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铜基纳米晶复合材料，分别为CeO₂或ZnO负载于Cu纳米晶表面制备而成；所述CeO₂/Cu纳米晶复合材料为立方体或八面体，所述ZnO/Cu纳米晶复合材料为立方体。本发明将CeO₂或ZnO负载于不同尺寸的立方体或八面体的Cu纳米晶表面，CeO₂或ZnO的加入起到了极好的催化促进作用，得到的CeO₂/Cu和ZnO/Cu纳米晶复合材料在水汽变换反应中具有优异的催化效果。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种铜基纳米晶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

化学工业是当代工业发展的支柱产业之一，而化学工业的发展离不开催化剂。在不同的化学反应中选择合适的催化剂可以加速反应、降低反应成本、提高产品质量、得到普通合成方法不能制备的产品，从而实现能源来源多样化、降低能耗和提高利用率。催化剂的使用在工业经济效益提高的过程中起到了不可估量的重要作用，对于当今能源短缺的时代具有重要意义。

其中，水汽重整反应为工业上大量生产清洁H₂的重要反应，在催化过程中，蒸汽与甲烷反应产生氢气与一氧化碳。由于生产的氢气中包含部分一氧化碳，而在实际应用中这些CO气体会对质子膜燃料电池的铂电极产生毒化作用，水汽变换反应作为所有碳基燃料加工中的关键步骤，能将一氧化碳与蒸汽转化为氢气与二氧化碳，可用于生产与改质氢气。与此同时，水汽变换反应以及其可逆反应在燃料电池、合成气制醇、甲醇重整反应，甚至环境科学中汽车尾气CO的去除等催化相关领域也有重要应用。从热力学上来看，水汽变换反应的焓变为-41.1kJ/mol，温度较低更有利于反应的进行，然而，从动力学的角度来看，高温更有利于反应速率的加快，因此，选择一种合适的催化剂可在较低的温度下加快反应的速率是至关重要的。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种铜基纳米晶复合材料及其制备方法和应用，制备的复合材料对水汽变换反应具有优异的催化效率。

本发明提供了一种铜基纳米晶复合材料，为CeO₂或ZnO负载于Cu纳米晶表面制备而成；

CeO₂负载于Cu纳米晶表面制得的CeO₂/Cu纳米晶复合材料为立方体或八面体。

其中立方体具有大尺寸和小尺寸两种，粒径分别优选为500～1000nm和30～50nm。

八面体的CeO₂/Cu纳米晶复合材料粒径优选为500～1000nm。

CeO₂的负载量优选为0.5％～5％。

ZnO负载于Cu纳米晶表面制得的ZnO/Cu纳米晶材料为立方体，粒径优选为30～50nm，ZnO的负载量优选为1％～11％。

本发明提供了一种上述铜基纳米晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)通过等体积浸渍法，将Cu₂O纳米晶分别置于硝酸亚铈或硝酸锌的醇-水混合溶液中浸渍，干燥后，在惰性气氛中焙烧，分别得到CeO₂/Cu₂O或ZnO/Cu₂O纳米晶复合材料；

B)在还原气氛下，对步骤A)得到的CeO₂/Cu₂O或ZnO/Cu₂O纳米晶复合材料进行焙烧，分别得到CeO₂/Cu或ZnO/Cu纳米晶复合材料；所述CeO₂/Cu纳米晶复合材料为立方体或八面体，所述ZnO/Cu纳米晶复合材料为立方体。

优选的，所述Cu₂O纳米晶按照以下方法制备：