本發(fā)明涉及納米功能材料制備，尤其是涉及一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法及其消除一氧化碳的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、催化燃燒作為一種典型的廢氣處理方法，由于其能耗低，極小的二次污染和操作簡單，具有極大的應(yīng)用前景。高催化活性的貴金屬負(fù)載催化劑（如au，ru，pd或pt）已被廣泛用于co氧化消除，但它們的高成本、燒結(jié)和中毒等問題促使尋找更好的選擇。不含貴金屬的復(fù)合金屬氧化物催化劑在co消除方面的應(yīng)用已引起了人們的廣泛關(guān)注。

2、銅基復(fù)合金屬材料是優(yōu)良的環(huán)境功能催化劑，表現(xiàn)出優(yōu)異的co氧化性能，是移除有毒氣體co非常有前景的催化劑之一。由于氧化銅表面吸附的氧原子比氧化銅的晶格氧更加活躍，這些表面吸附的氧原子可以增強(qiáng)氧化銅表面催化活性。然而，氧化銅的分解和中毒傾向限制了其活性，通過摻雜過渡金屬可以增強(qiáng)其活性。其中，金屬鈰和鐵的摻雜可以改變了催化劑的微觀結(jié)構(gòu)，其協(xié)同效應(yīng)對co轉(zhuǎn)化中起著重要作用，在co催化氧化中表現(xiàn)出潛力。此外，具有一維納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物相比單一金屬氧化物納米材料具有更高的能量密度，更大的表面積和更高的催化效率。一維復(fù)合金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)可以提供一種有針對性的和可控的途徑去獲得期望的功能，因此被廣泛用于鋰離子電池，電子器件和催化反應(yīng)等。

3、合成一維復(fù)合金屬納米結(jié)構(gòu)主要有兩個步驟:第一步是生長一維納米材料，第二步則是通過其他金屬摻雜劑進(jìn)行修飾改性。常用的方法有熱生長-化學(xué)沉積法、溶膠-凝膠法、水熱法-退火、溶膠-火焰法和火焰退火-電沉積法等。然而，這些方法都需要較長的制備時間和繁雜的操作過程。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法及其消除一氧化碳的應(yīng)用。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

3、s1、利用層流火焰燃燒器對金屬銅網(wǎng)進(jìn)行火焰處理，在金屬銅網(wǎng)上原位生長一維銅納米棒陣列；

4、s2、基于鐵、鈰金屬鹽顆粒，配置過渡金屬前驅(qū)液，將火焰處理后的金屬銅網(wǎng)浸漬在過渡金屬前驅(qū)液中，再經(jīng)過干燥后得到銅網(wǎng)基底；

5、s3、將銅網(wǎng)基底在甲烷火焰上進(jìn)行煅燒，得到過渡金屬摻雜的一維氧化銅納米棒催化劑。

6、進(jìn)一步的，利用層流火焰燃燒器對金屬銅網(wǎng)進(jìn)行火焰處理，在金屬銅網(wǎng)上原位生長一維銅納米棒陣列包括以下步驟：

7、s11、選擇甲烷氣體作為燃料，設(shè)定層流火焰燒燃器的進(jìn)氣條件與燃料-氧氣當(dāng)量比，將甲烷燃?xì)馀c空氣預(yù)混后通入層流火焰燃燒器；

8、s12、將金屬銅網(wǎng)放置在層流火焰燃燒器內(nèi)火焰平臺上2.5cm高度處；

9、s13、控制層流火焰燃燒器的火焰處理時間與火焰溫度，對金屬銅網(wǎng)表面進(jìn)行火焰處理，表面銅原子在熱壓應(yīng)力作用下生成氧化銅納米棒，火焰處理完成后在所述金屬銅網(wǎng)表面形成一維銅納米棒陣列。

10、進(jìn)一步的，層流火焰燃燒器為甲烷預(yù)混層流火焰，進(jìn)氣條件為0.52l/min甲烷燃?xì)夂?.76-5.95l/min的空氣，且燃料-氧氣當(dāng)量比為0.83-1.0；

11、火焰處理時間為10-30分鐘，火焰溫度控制為550-600℃。

12、進(jìn)一步的，金屬銅網(wǎng)的目數(shù)為20-80目，金屬銅網(wǎng)為3×3cm的正方形網(wǎng)，且網(wǎng)線直徑為0.2mm。

13、進(jìn)一步的，基于鐵、鈰金屬鹽顆粒，配置過渡金屬前驅(qū)液，將火焰處理后的金屬銅網(wǎng)浸漬在過渡金屬前驅(qū)液中，再經(jīng)過干燥后得到銅網(wǎng)基底包括以下步驟：

14、s21、選取鐵金屬鹽顆粒與鈰金屬鹽顆粒，分別配置單金屬前驅(qū)液，并將兩種單金屬前驅(qū)液進(jìn)行1：1均勻混合，配置形成雙金屬前驅(qū)液，將兩種單金屬前驅(qū)液與雙金屬前驅(qū)液作為過渡金屬前驅(qū)液；

15、s22、任意選擇一種過渡金屬前驅(qū)液，逐滴滴加在經(jīng)過火焰處理后的金屬銅網(wǎng)表面，完全滴加完畢后，在80℃條件下干燥一小時。

16、進(jìn)一步的，鐵金屬鹽顆粒包括硝酸鐵、醋酸鐵、氯化鐵中的至少一種；鈰金屬鹽顆粒包括硝酸鈰、醋酸鈰、氯化鈰中的至少一種。

17、進(jìn)一步的，鐵金屬鹽顆粒溶于純水或乙醇，形成鐵金屬前驅(qū)液，且鐵金屬前驅(qū)液的鹽溶液濃度高于0.5mol/l。

18、進(jìn)一步的，鈰金屬鹽顆粒溶于純水或乙醇，形成鈰金屬前驅(qū)液，且鈰金屬前驅(qū)液的鹽溶液濃度高于0.5mol/l。

19、進(jìn)一步的，將銅網(wǎng)基底在甲烷火焰上進(jìn)行煅燒，得到過渡金屬摻雜的一維氧化銅納米棒催化劑包括以下步驟：

20、s31、將銅網(wǎng)基底放置在層流火焰燃燒器上方進(jìn)行火焰處理15min，金屬鹽顆粒發(fā)生熱分解形成金屬氧化物，并負(fù)載在氧化銅納米棒表面；

21、s32、對火焰處理結(jié)束后的銅網(wǎng)基底進(jìn)行冷卻，收集銅網(wǎng)基底表面脫落的粉末，得到過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒。

22、第二方面，本發(fā)明還提供了一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒消除一氧化碳的應(yīng)用，過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒用于消除環(huán)境中的一氧化碳?xì)怏w。

23、本發(fā)明的有益效果為：通過結(jié)合火焰原位生長和溶液燃燒法合成鈰鐵氧化物負(fù)載的一維氧化銅納米材料，在銅網(wǎng)格襯底上用火焰原位制備氧化銅納米棒陣列，接著用金屬鹽溶液進(jìn)行浸漬；金屬鹽發(fā)生熱解后在銅基板上得到單金屬或二元過渡金屬氧化物（ce-fe）修飾的一維復(fù)合金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過火焰合成氧化銅納米棒，并結(jié)合涂覆-溶液燃燒法快速得到金屬摻雜改性的復(fù)合金屬材料，操作簡單而且耗時較短，制備的co氧化消除性能堪比同類型催化劑，摻雜過渡金屬氧化物顯著增強(qiáng)催化效率，多元金屬氧化物催化劑優(yōu)于單一金屬氧化物催化劑，通過巧妙結(jié)合浸漬-火焰的方式，對催化劑進(jìn)行改性增強(qiáng)其反應(yīng)性能。

技術(shù)特征：

1.一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述利用層流火焰燃燒器對金屬銅網(wǎng)進(jìn)行火焰處理，在金屬銅網(wǎng)上原位生長一維銅納米棒陣列包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述層流火焰燃燒器為甲烷預(yù)混層流火焰，所述進(jìn)氣條件為0.52l/min甲烷燃?xì)夂?.76-5.95l/min的空氣，且所述燃料-氧氣當(dāng)量比為0.83-1.0；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述金屬銅網(wǎng)的目數(shù)為20-80目，所述金屬銅網(wǎng)為3×3cm的正方形網(wǎng)，且網(wǎng)線直徑為0.2mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述基于鐵、鈰金屬鹽顆粒，配置過渡金屬前驅(qū)液，將火焰處理后的金屬銅網(wǎng)浸漬在過渡金屬前驅(qū)液中，再經(jīng)過干燥后得到銅網(wǎng)基底包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述鐵金屬鹽顆粒包括硝酸鐵、醋酸鐵、氯化鐵中的至少一種；鈰金屬鹽顆粒包括硝酸鈰、醋酸鈰、氯化鈰中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述鐵金屬鹽顆粒溶于純水或乙醇，形成鐵金屬前驅(qū)液，且所述鐵金屬前驅(qū)液的鹽溶液濃度高于0.5mol/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述鈰金屬鹽顆粒溶于純水或乙醇，形成鈰金屬前驅(qū)液，且所述鈰金屬前驅(qū)液的鹽溶液濃度高于0.5mol/l。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法，其特征在于，所述將銅網(wǎng)基底在甲烷火焰上進(jìn)行煅燒，得到過渡金屬摻雜的一維氧化銅納米棒催化劑包括以下步驟：

10.一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒消除一氧化碳的應(yīng)用，其特征在于，將權(quán)利要求1-9中任一項所述的過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法制備得到的氧化銅納米棒用于消除一氧化碳?xì)怏w。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種過渡金屬摻雜的氧化銅納米棒的制備方法及其消除一氧化碳的應(yīng)用，涉及納米功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，該制備方法包括以下步驟：利用層流火焰燃燒器對金屬銅網(wǎng)進(jìn)行火焰處理，在金屬銅網(wǎng)上原位生長一維銅納米棒陣列；基于鐵、鈰金屬鹽顆粒，配置過渡金屬前驅(qū)液，將火焰處理后的金屬銅網(wǎng)浸漬在過渡金屬前驅(qū)液中，再經(jīng)過干燥后得到銅網(wǎng)基底；將銅網(wǎng)基底在甲烷火焰上進(jìn)行煅燒，得到過渡金屬摻雜的一維氧化銅納米棒催化劑。本發(fā)明通過結(jié)合火焰原位生長和溶液燃燒法合成鈰鐵氧化物負(fù)載的一維氧化銅納米材料，操作簡單而且耗時較短，摻雜過渡金屬氧化物顯著增強(qiáng)催化效率，對催化劑進(jìn)行改性增強(qiáng)其反應(yīng)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：何晨亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥河晨科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19