[发明专利]制造含氧空位的CuO纳米片的方法

说明书

本发明公开了一种制造含氧空位的CuO纳米片的方法，包括以下步骤：制备CuO纳米片以及通过硼氢化钠处理CuO纳米片。对于本发明的制造方法而言，本发明在低温下采用化学制备方法制备含有氧空位的CuO催化剂，成本较低，合成方法设备和工艺简单，操作简便，有利于大量合成催化剂，便于实际生产应用。对于本发明的含有氧空位的CuO催化剂而言，通过氧空位的存在，提高了催化剂的活性，特别是在丙烯催化活性测试中T50降低了70℃左右。

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及制造含氧空位的CuO纳米片的方法。

背景技术

近年来，环境问题越来越受到人们的关注。汽车、石化和发电厂等燃烧产生的碳氢化合物对大气环境和人类身体健康造成了严重威胁。在为数不多的减少碳氢化合物排放的技术中，如冷凝回收、吸附和燃料辅助燃烧等，催化氧化被认为是最有效的方法。

贵金属催化剂如金(Au)，铂(Pt)，钯(Pt)，珯(Rh)广泛应用于CO、C-H化合物等有害气体的催化氧化。然而，由于资源短缺、成本高、高温易烧结等原因，贵金属催化剂不利于商业化应用，由此不得不寻找其他的替代品。过渡金属催化剂由于资源广泛，价格低廉，具有一系列的技术和商业优势，是贵金属的可行替代品，成为研究学者竞相研究的对象。利用金属铜(Cu)所制备的催化剂价格低廉，性能高效，具有较好的商业潜力。

近年来，金属氧化物氧空位在催化性能方面发挥重要作用的已被报道。对于金属氧化物，氧空位通常是其表面最活跃的场所。在过渡金属中，氧化铜以其独特的吸引力、良好的催化效果和低廉的价格在催化领域得到了广泛的应用。而片状CuO纳米结构表面会产生更多的氧空位从而可以获得更多的活性位点，增加材料对挥发性有机污染物的催化氧化。

在实现本发明的过程当中，我们发现大部分材料都是Cu和其它金属氧化物的复合材料应用于环境方面的催化氧化。中国专利公开号 CN10741136A的发明专利提供了一种氧空位可调的Cu₂O-CuCl立方结构复合氧化物，整个操作高效简单，光催化降解亚甲基蓝效果最佳。中国专利公开号CN10346682A的发明专利在水热反应下，通过调节还原剂与铜盐的比例制备了CuO/Cu₂O复合材料。但是此反应需要较高的反应温度，而且两者组分及形貌很难控制。

因此，如何以简单的方法制造含氧空位的CuO纳米片，特别是如何确保催化剂的活性仍然是本领域的技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

鉴于上述所提问题，本发明的目的在于提供一种制造含氧空位的 CuO纳米片的方法。在本发明的另一方面，还涉及上述制造方法所制造的催化剂及其应用。

为了解决本发明的技术问题，拟采用如下技术方案：

本发明一方面涉及一种制造含氧空位的CuO纳米片的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制备含有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的水溶液A；

(2)制备含有硝酸铜的水溶液B；

(3)在搅拌状态下将水溶液B缓慢加入到水溶液A中得到固液混合物C；

(4)固液混合物C分离去除部分或者全部液体，然后煅烧得到CuO 纳米片；

(5)制备含有氢氧化钠以及硼氢化钠的水溶液D；

(6)将CuO纳米片加入到水溶液D中，冰水浴条件下反应，洗涤干燥后得到含氧空位的CuO纳米片。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的水溶液A中含有碱，并且水溶液的pH值大于8；优选pH大于10。通过将水溶液维持在碱性状态，有利于合成CuO纳米片。