一種低共熔型離子液體電解制備氯化亞銅納米立方體電極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低共熔型離子液體電解制備氯化亞銅納米立方體電極材料的方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氯化亞銅以其獨特的催化活性被大量應(yīng)用于如乙烯基乙炔、一氯丁二烯、丙烯腈等的有機催化合成；作為脫色劑、脫硫劑及脫離劑用于石油化工領(lǐng)域；此外，在冶金、電鍍、醫(yī)藥化工、農(nóng)藥工程、電池材料等眾多行業(yè)有著廣泛地應(yīng)用。氯化亞銅納米立方體由于具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)及獨有的物理結(jié)構(gòu)等特點，而展現(xiàn)出更加優(yōu)異的化學(xué)活性。當今科技的高速發(fā)展對高性能催化材料和功能性電極材料的需求快速增長。因此，研發(fā)高性能氯化亞銅納米立方體的制備新方法，具有重要的理論意義和實用價值。
[0003]當前氯化亞銅制備方法主要有氯氣氧化法、空氣氧化法、鹽酸法、硫酸銅法等，這些方法在制備過程中往往存在污染高、毒性大、效率低、可控難等不足，呈現(xiàn)出對環(huán)境破壞、設(shè)備腐蝕嚴重、性能難以控制等諸多問題。此外，利用傳統(tǒng)方法制備的氯化亞銅產(chǎn)物多為粉體，由于其高的化學(xué)活性，易與空氣發(fā)生氧化作用而失去活性，致使產(chǎn)品難以收集。在此背景下，研制氯化亞銅納米立方體電極材料可有效克服氯化亞銅粉體收集困難、可控性差等缺陷，實現(xiàn)其高效、可控制備。
[0004]低共熔型離子液體是由一定化學(xué)計量比的季銨鹽和氫鍵給體(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)，通過氫鍵相互作用而自締合形成的一種低共熔混合物，室溫下呈液態(tài)，具有無毒性、可生物降解、導(dǎo)電性好、蒸汽壓低、物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，且制備過程簡單、原料價格低廉、合成過程原子利用率達100%。與傳統(tǒng)水溶液與有機溶劑相比，低共熔型離子液體提供了有別于傳統(tǒng)分子溶劑的化學(xué)環(huán)境，離子穩(wěn)定存在形態(tài)多樣化，物質(zhì)形核速率更快，氫鍵作用下易于形成有序結(jié)構(gòu)。因此，將低共熔型離子液體作為溶劑介質(zhì)，可實現(xiàn)氯化亞銅立方體電極材料的可控制備，同時解決傳統(tǒng)制備方法存在的污染高、毒性大、效率低、可控難等一系列問題。
[0005]中國專利CN 101928034 A公開了一種在尿素和氯化膽堿混合形成的低共熔溶劑中以銅粉和氯化銅粉為原料合成氯化亞銅納米晶體的方法。該申請專利以氯化膽堿-尿素低共熔離子液體作為介質(zhì)體系，通過控制反應(yīng)條件利用銅粉與氯化銅發(fā)生歧化反應(yīng)制備氯化亞銅納米晶體。與傳統(tǒng)方法類似之處在于，反應(yīng)原料與產(chǎn)物均涉及活性粉末和強腐蝕性酸，從而無法避免產(chǎn)物難以收集、設(shè)備腐蝕等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種低共熔型離子液體電解制備氯化亞銅納米立方體電極材料的方法。本方法以純銅基體或二水合氯化銅為銅鹽前驅(qū)體，電解可控制備粒度為50~300nm氯化亞銅納米立方體電極材料，本發(fā)明具有反應(yīng)條件溫和、可控、廉價、無污染、工藝簡單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明提供的技術(shù)路線是:以低共融型離子液體作為電解質(zhì)，將銅前驅(qū)體引入其中(其中，純銅前驅(qū)體采用犧牲陽極的方式引入)，以不銹鋼、鎳、銅片等作陰極，純銅、石墨或惰性陽極作陽極，惰性條件下進行電解制備。
[0008]一種低共熔型離子液體電解制備氯化亞銅納米立方體電極材料的方法，其具體步驟如下:
步驟1、首先在惰性氣氛下將季銨鹽與酰胺混合均勻即能制備得到低共融型離子液體，然后向低共融型離子液體中加入銅前驅(qū)體混合均勻得到離子液體-銅鹽復(fù)合電解液；
步驟2、以不銹鋼、鎳片、銅片作陰極，純銅、石墨或惰性陽極作陽極，在溫度為20~60°C、無需攪拌、陰極電位0.0-0.4Vvs.Ag條件下，以步驟I獲得的離子液體-銅鹽復(fù)合電解液為電解液恒電位電解0.5~2h，將電解后的陰極經(jīng)丙酮、蒸餾水沖洗、干燥后即可在陰極表面得到氯化亞銅納米立方體電極材料。
[0009]所述步驟I中季銨鹽為氯化膽堿、氯乙酰膽堿或四甲基氯化銨。
[0010]所述步驟I中酰胺為尿素、二甲基甲酰胺或乙酰胺。
[0011]所述步驟I低共融型離子液體的制備過程為:將季銨鹽、酰胺經(jīng)80°C真空下干燥后按照摩爾比1: (1~4)混合，然后在80°C恒溫加熱條件下，反應(yīng)Ih即能制備得到低共融型離子液體。
[0012]所述步驟I中銅前驅(qū)體為純銅或二水合氯化銅，其中純銅采用犧牲陽極的方式引入；低共融型離子液體的體積與二水合氯化銅的質(zhì)量比為100: (200-2000) ml/mg O
[0013]所述步驟I中低共融型離子液體能添加純水組成混合體系，低共融型離子液體的體積與純水的體積比為100: (5-20)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:(I)采用該方法電解制備氯化亞銅納米立方體粒度可控(50~300nm)，呈現(xiàn)良好的均相結(jié)構(gòu)，無需加入任何添加劑；(2)產(chǎn)物分散在基體表面，直接得到電極材料；(3)不涉及傳統(tǒng)酸堿，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)能耗低；(4)可控、廉價、無污染、
工藝簡單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例1電解制備所得產(chǎn)物SEM圖；
圖2是本發(fā)明實施例1電解制備所得產(chǎn)物XRD圖；
圖3是本發(fā)明實施例2電解制備所得產(chǎn)物SEM圖；
圖4是本發(fā)明實施例3電解制備所得產(chǎn)物SEM圖；
圖5是本發(fā)明實施例4電解制備所得產(chǎn)物SEM圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]實施例1
該低共熔型離子液體電解制備氯化亞銅納米立方體電極材料的方法，其具體步驟如下:
步驟1、首先在惰性氣氛下將季銨鹽與酰胺混合均勻即能制備得到低共融型離子液體，然后向50mL低共融型離子液體中加入銅前驅(qū)體混合均勻得到離子液體-銅鹽復(fù)合電解液；其中低共融型離子液體的制備過程為:將季銨鹽、酰胺經(jīng)80°C真空下干燥后按照摩爾比I: 2混合，然后在80°C恒溫加熱條件下，反應(yīng)Ih即能制備得到低共融型離子液體，季銨鹽為氯化膽堿，酰胺為尿素；銅前驅(qū)體為二水合氯化銅，低共融型離子液體的體積與二水合氯化銅的質(zhì)量比為100:1000ml/mg ；
步驟2、以銅片(3.0cmX 1.0cmX0.2cm)作陰極，石墨作陽極，極間距為1cm，在溫度為20°C、無需攪拌、陰極電位0.0Vvs.Ag條件下，以步驟I獲得的離子液體-銅鹽復(fù)合電解液為電解液恒電位電解0.5h，將電解后的陰極經(jīng)丙酮、蒸餾水沖洗、干燥后即可在陰極表面得到氯化亞銅納米立方體電極材料，該氯化亞銅納米立方體電極材料粒度大小為150nm，氯化亞銅納米立方體電極材料SHM圖如圖1所示、氯化亞銅納米立方體電極材料XRD圖如圖2所示。
[0018]實施例2
該低共熔型離子液體電解制備氯化亞銅納米立方體電極材料的方法，其具體步驟如下:
步驟1、首先在惰性氣氛下將季銨鹽與酰胺混合均勻即能制備得到低共融型離子液體，然后向50mL低共融型離子液體中加入銅前驅(qū)體混合均勻得到離子液體-銅鹽復(fù)合電解液；其中低共融型離子液體的制備過程為:將季銨鹽、酰胺經(jīng)80°C真空下干燥后按照摩爾比I: 2混合，然后在80°C恒溫加熱條件下，反應(yīng)Ih即能制備得到低共融型離子液體，季銨鹽為氯乙酰膽堿，酰胺為