[发明专利]一种纳米碳纤维/银纳米粒子复合催化剂的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型纳米碳纤维/银纳米粒子复合催化剂的制备方法。

背景技术：

纳米碳纤维是指纤维直径＜100nm，纤维长度在几个微米，具有比较大的长径比的纳米碳材料。纳米碳纤维由于其出色的物理、化学性质作为科学技术领域的基础材料已经得到了广泛的应用，尤其是纳米碳纤维特殊的多孔表面结构使得纳米碳纤维具有大的比表面积，成为了催化剂载体的首选材料。到目前为止，纳米碳纤维已经用来制备各种复合材料，包括聚合物/纳米碳纤维复合材料、金属/纳米碳纤维复合材料等等，其中以金属(Au，Pt，Ag)或者二元合金纳米粒子/纳米碳纤维复合催化材料较为多见，主要是用来做燃料电池的电化学反应的电极催化剂。目前，文献报道较多的是用铂/碳材料作为燃料电池的电极催化材料，但是由于金属铂的价格昂贵，使其应用受到了一定的限制。然而，如果以纳米尺寸的银替代铂纳米粒子就可以降低应用成本，但是银/碳催化材料的相关文献存在的问题主要是银纳米粒子粒径比较大(20-40nm)而且银纳米粒子在碳材料表面的分散性比较差，团聚现象明显。用该方法可以制备得到银纳米粒子粒径小(大约5nm)并且可以均一的分散到纳米碳纤维表面，制备得到的复合材料可以作为电化学催化材料，应用在离子膜电解槽气体扩散电极催化层中。所以，本发明的创新点就在于选用了高比表面的纳米碳纤维作为催化剂载体，有利于金属催化剂在载体表面的分散；制备出了纳米尺寸小的银高度分散在载体表面的电化学催化材剂，弥补了相关文献的不足之处。

发明内容：

本发明针对上述问题，提出一种简易的制备小粒径和高分散性的银纳 米粒子/纳米碳纤维复合材料的方法，而且使用廉价的化学试剂，制备成本低。

本发明提供的技术方案是：以硝酸银为金属源，二甲基亚砜(DMSO)作为还原剂，柠檬酸钠(Na₃Cit·H₂O)作为稳定剂，经过酸处理的纳米碳纤维作为载体。采用化学还原的方法，先制备银纳米粒子胶体，然后与超声分散均匀的纳米碳纤维分散体系在60℃混合并且搅拌20min至2h制备出粒径小的银纳米粒子均一地分散在纳米碳纤维表面，得到了银纳米粒子/纳米碳纤维复合材料，以纳米碳纤维作为银纳米粒子的载体并且纳米碳纤维要经过混酸H₂SO₄/HNO₃ V/V＝3∶1、60℃回流5小时。

上述制备方法用二甲基亚砜(DMSO)作溶剂和还原剂制备银纳米粒子胶体；用柠檬酸钠作为银纳米粒子的扑捉剂、稳定剂，柠檬酸钠的浓度范围控制在10^-3mol/L至1mol/L；以硝酸银为金属源，硝酸银(AgNO₃)浓度范围控制在10^-3mol/L至1mol/L。稳定剂柠檬酸钠的浓度要和硝酸银的浓度一致。

本发明的优点：制备方法和过程简单，条件温和，制备成本低而且可以得到粒径小且具有高分散性的银/纳米碳纤维复合材料。

附图说明：

图1为本发明的制备流程图

图2为本发明制备得到的复合材料的X射线衍射分析图

图3为本发明制备得到的复合材料的扫描电子显微镜照片

图4为本发明制备得到的复合材料的高效投射电子显微镜照片。

具体实施方式：

参见图1，首先将二甲基亚砜升温到60℃将硝酸银水溶液加入到二甲基亚砜中，随后将柠檬酸钠加入到上述反应体系制备得到银纳米粒子胶体。在制备银纳米粒子胶体的同时把酸处理后的纳米碳纤维在二甲基亚砜(DMSO)中超 声分散，得到均一的分散相。最后，将银纳米粒子胶体和纳米碳纤维的均一分散相混合，搅拌得到反应产物。

取0.05g酸处理后的纳米碳纤维加入到30ml二甲基亚砜(DMSO)中，超声波分散30min；取硝酸银1.4ml(0.1mol/L)加入到30ml 60℃的二甲基亚砜(30ml)中伴随磁力搅拌，之后加入柠檬酸钠(Na₃Cit·H₂O)2.8ml(0.1mol/L)搅拌30min，得到银纳米粒子胶体。最后将制备得到的银纳米粒子胶体与纳米碳纤维分散相在60℃混合继续搅拌20mi，将得到的反应体系减压过滤并且用去离子水清洗多遍，在真空干燥箱中80℃干燥24小时即可得到银纳米粒子/纳米碳纤维复合材料。

改变硝酸银的用量可以改变银纳米粒子在纳米碳纤维表面的负载量(10wt％-30wt％)。