一种铜基Cu-Cu2O-CuO三元复合核壳材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铜基Cu-Cu

背景技术

有机硅材料是半无机、半有机结构的一大类功能材料化合物，兼具无机物和有机物的双重优点，它既有安全可靠、无毒、无污染、无腐蚀、耐高温、耐臭氧、耐辐射、耐老化、耐燃、耐电弧、耐电晕、耐漏电、寿命长和生理惰性等无机二氧化硅的优异性能，又有防潮、憎水、易加工、可根据不同需求制成不同性能的产品、易于改性等有机高分子的卓越特点，是一类可以满足节能、无公害、具安全性、高可靠性、多功能、多形态、高性能、高功能和复合化要求的新型高分子合成材料。随着地球上石油资源的不可再生性和可开采量的逐渐减少，过去传统的以C－C键资源为基础的功能性聚合物材料的一部分势必会以有机硅氧烷为主体的有机硅聚合物材料所取代。

直接法合成有机氯硅烷，是在加热及铜催化剂作用下，由卤代烃与元素硅直接反应制取有机卤硅烷的方法，其具有原料易得、不用溶剂、时空产率高的优点，且易于实现连续化规模生产的特点。铜基Cu-Cu

然而，目前铜基三元催化剂的制备途径主要包括物理方法(如搅拌、研磨等)、液相合成法及部分氧化/还原法，但是三元铜催化剂的粒度分布范围宽，导致催化性能不稳定；部分氧化制备中，由于铜氧化为强放热反应，导致催化剂板结；工艺流程复杂，不利于大批量生产。

发明内容

本发明针对现有技术中针对催化剂颗粒粒度分布范围宽导致性能不稳定、铜氧化放热导致催化剂板结、制备工艺流程复杂不利于大批量生产等实际问题，提供一种铜基Cu-Cu

一种铜基Cu-Cu

将含铜粉体干燥，通过载气送入热等离子炬中，控制热等离子工作气在反应区域气氛以调节铜和氧的结合状态，得到以铜为核，Cu

所述步骤(1)含铜粉体为铜粉、氧化亚铜粉、氧化铜粉中的一种或多种，含铜粉体纯度为工业级至超高纯；

进一步的，所述含铜粉体粒径为0.1～500μm；

所述含铜粉体通过载气送入热等离子炬中的进料速率为0.1～800g/min；

根据原料性质选择载气气体，所述含铜粉体为铜粉时，载气为氧化性气体或惰性-氧化性混合气体；含铜粉体为氧化亚铜粉时，载气为惰性气体、还原性气体、氧化性气体、惰性-还原性混合气体或惰性-氧化性混合气体；含铜粉体为氧化铜粉时，载气为还原性气体或惰性-还原性混合气体；含铜粉体为铜粉、氧化亚铜粉、氧化铜粉中的多种时，载气为惰性气体、还原性气体、氧化性气体、惰性-还原性混合气体或惰性-氧化性混合气体；

根据原料性质选择热等离子工作气在系统反应区域气氛，所述含铜粉体为铜粉时，热等离子工作气为氧化性气体或惰性-氧化性混合气体；含铜粉体为氧化亚铜粉时，热等离子工作气为惰性气体、还原性气体、氧化性气体、惰性-还原性混合气体或惰性-氧化性混合气体；含铜粉体为氧化铜粉时，热等离子工作气为还原性气体或惰性-还原性混合气体；含铜粉体为铜粉、氧化亚铜粉、氧化铜粉中的多种时，热等离子工作气为惰性气体、还原性气体、氧化性气体、惰性-还原性混合气体或惰性-氧化性混合气体；热等离子体工作气压力为0.02～0.60MPa；

根据原料性质选择反应气氛：当是纯铜做原料，采用氧化气氛，通过调节氧分压控制氧化程度；当氧化铜做原料，采用还原气氛，降低氧分压，实现对氧化程度的控制；当氧化亚铜做原料，可采用惰性或弱氧化气氛，调节氧分压控制铜氧化程度；类似地，当原料为三种含铜原料的混合物时，根据原料氧含量，调节反应气氛，控制氧分压，最终实现对产物中铜氧化程度的控制；

优选的，所述惰性气体为氩气，还原性气体为氢气，氧化性气体为氧气；

所述热等离子炬优选直流热等离子炬，热等离子体发生器功率为10～200kW；

进一步的，所述铜基Cu-Cu

所述铜基Cu-Cu

本发明的有益效果是：

(1)本发明铜基Cu-Cu

(2)本发明采用热等离子体系统制备铜基Cu-Cu

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2为实施例1三元铜催化剂的XPS表征Cu2p峰；

图3为实施例1三元铜催化剂的XPS表征Cu2p

图4为实施例1三元铜催化剂的XRD表征；

图5为实施例2三元铜催化剂的TEM表征。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1：一种铜基Cu-Cu

(1)以平均粒径为500μm的高纯铜粉为含铜粉体原料，将含铜粉体置于温度为70℃下真空干燥0.5h；

(2)直流热等离子系统中通入氩气以排出空气，以体积混合比为90:1的Ar和O

(3)以体积混合比为90:1的Ar和O

本实施例三元铜催化剂的XPS表征Cu2p峰见图2，三元铜催化剂的XPS表征Cu2p

本实施例三元铜催化剂的三元铜催化剂的XRD表征图见图4，从图中可知所制备的颗粒存在晶体金属Cu；根据图4中XRD判断制备的粉末为晶型金属铜，结合图2-3的XPS可知制备颗粒表面约10nm厚度内只有氧化亚铜和氧化铜存在，说明是产品是核壳结构，且内核是晶型金属铜、外壳是非晶铜氧化物；根据等离子体反应系统特点，含铜原料在极高温度下完全气化或表层气化，随着温度降低被冷却得到熔融的颗粒，与外层气态氧原子接触时形成氧化层。整个过程符合缩核反应模型，且随着氧化层逐渐增厚，氧原子向颗粒内扩散阻力增加，由此得到的壳层内侧为缺氧状态的氧化亚铜、外侧为富阳状态的氧化铜。

实施例2：一种铜基Cu-Cu

(1)以平均粒径为0.1μm的高纯铜粉为含铜粉体原料，将含铜粉体置于温度为70℃下真空干燥24h；

(2)直流热等离子系统中通入氩气以排出空气，以体积混合比为95:1的Ar和O

(3)以体积混合比为95:1的Ar和O

本实施例三元铜催化剂的TEM表征图见图5，从图5中可知，铜基Cu-Cu

以质量百分数计，本实施例铜基Cu-Cu

实施例3：一种铜基Cu-Cu

(1)以工业级铜粉和氧化铜粉置于滚筒球磨机干混8h，得到平均粒径3.7μm的混合物作为含铜粉体原料，将含铜粉体置于温度为80℃下真空干燥6h，其中工业级铜粉和氧化铜粉的质量比为1:1；

(2)直流热等离子系统中通入氩气以排出空气，以纯氩气为载气，通过载气将含铜粉体原料以4g/min的进料速率送入热等离子炬中，其中等离子发生器功率为14.5kW，载气工作气压力为0.16MPa；

(3)以纯氩气为热等离子工作气，热等离子工作气的工作气压力为0.16MPa，在反应区域气氛中调节铜和氧的结合状态，含铜粉体原料表面融化、气化，冷凝，同时部分氧化还原反应得到以铜为核，Cu

以质量百分数计，本实施例铜基Cu-Cu

实施例4：一种铜基Cu-Cu

(1)以工业级铜粉和氧化亚铜粉置于滚筒球磨机中，添加去离子水湿混72h，得到平均粒径6μm的混合物作为含铜粉体原料，将含铜粉体置于温度为80℃下真空干燥28h，其中工业级铜粉和氧化铜粉的质量比为1:1；

(2)直流热等离子系统中通入氩气以排出空气，以纯氩气为载气，通过载气将含铜粉体原料以4g/min的进料速率送入热等离子炬中，其中等离子发生器功率为15.5kW，载气工作气压力为0.24MPa；

(3)以纯氩气为热等离子工作气，热等离子工作气的工作气压力为0.24MPa，在反应区域气氛中调节铜和氧的结合状态，含铜粉体原料表面融化、气化，冷凝，同时部分氧化还原反应得到以铜为核，Cu

以质量百分数计，本实施例铜基Cu-Cu

实施例5：一种铜基Cu-Cu

(1)以平均粒径为10μm的高纯氧化铜粉作为含铜粉体原料，将含铜粉体置于温度为80℃下真空干燥4h；

(2)直流热等离子系统中通入氩气以排出空气，以体积混合比为95:1的Ar和H

(3)以体积混合比为95:1的Ar和H

以质量百分数计，本实施例铜基Cu-Cu

实施例6：一种铜基Cu-Cu

(1)以高纯铜粉、氧化亚铜粉和氧化亚铜粉置于滚筒球磨机中，添加无水乙醇湿混8h，得到平均粒径13μm的混合物作为含铜粉体原料，将含铜粉体置于温度为80℃下真空干燥28h，其中高纯铜粉、氧化亚铜粉和氧化亚铜粉的质量比为5:3:3；

(2)直流热等离子系统中通入氩气以排出空气，以纯氩气为载气，通过载气将含铜粉体原料以5g/min的进料速率送入热等离子炬中，其中等离子发生器功率为15.0kW，载气工作气压力为0.25MPa；

(3)以纯氩气为热等离子工作气，热等离子工作气的工作气压力为0.25MPa，在反应区域气氛中调节铜和氧的结合状态，含铜粉体原料表面融化、气化，冷凝，同时部分氧化还原反应得到以铜为核，Cu

以质量百分数计，本实施例铜基Cu-Cu

以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。