[发明专利]高催化活性化学还原的石墨烯-金铂钯复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高催化活性的化学还原的石墨烯-金铂钯复合物的方法，具体的说是一种将金、铂、钯三金属纳米粒子原位组装到化学还原的石墨烯表面的方法。

技术背景

近年来，双金属与三金属纳米粒子的制备与应用吸引了众多研究者的关注。此种纳米粒子由于所含的几种不同金属成分的协同作用，使其具有新颖优异的物理及化学性质，因而在不同的研究领域都有广泛的应用，尤其是催化研究领域。在含铂的催化剂研究中，向其中引入其它金属，不但可以减少贵金属铂的消耗，而且可以提高催化剂的催化活性。金的加入可以改变铂的电子能带，从而极大地增加铂的电化学活性面积，进而可以提高其催化能力。除此之外，基于铂和钯的双金属催化剂也有很好的抗污染能力，且因其表面可以形成许多电活性的含氧物质，如PdO和PdO_x，其催化性能与铂相比，有很大的提高。另外，在高氧化电位下，铂钯双金属催化剂的稳定性还明显强于其它双金属催化剂，比如铂钌催化剂。由此，我们将金，铂，钯三种金属结合起来，制备一种三金属的催化剂，此催化剂有望同时具有三种金属的优良性质，表面出优异的催化性能。此外，作为一种新兴的碳材料，石墨烯因其具有极大的比表面积（单层石墨烯：~2600 m² g^-1）、高的导电能力（10³?10⁴ S m^-1）、极好的机械和热学性质，受到研究者的广泛关注。迄今，已被用于各种领域的研究中，如分子电子器件、能量转换与存储、催化剂的制备等。其中在催化研究中，石墨烯通常被用作一种二维载体材料来组装或沉积金属纳米粒子制备复合催化剂材料。石墨烯极大的比表面积及纳米粒子与石墨烯的紧密接触能够对催化剂性能的提高做出极大的贡献。

发明内容

本发明的目的是要提供一种液相化学法一步合成化学还原的石墨烯-金铂钯复合物的方法，制备过程简便有效，石墨烯的引入使金铂钯纳米粒子的分散十分均一，避免了纳米粒子的聚集，在酸性电解质溶液中，上述石墨烯-金铂钯复合物材料修饰的电极与单一金铂钯纳米粒子修饰的电极相比，对甲醇、乙醇、甲酸的氧化表现出更加优异的催化性能。

本发明的目的是这样实现的，该方法是在加热回流的条件下，采用乙二醇还原氯金酸、氯铂酸钾、氯钯酸钾水溶液合成金铂钯三金属纳米粒子并原位组装到化学还原的石墨烯上，获得高催化活性的化学还原的石墨烯-金铂钯复合物，具体步骤如下：

①、氧化石墨烯溶液的制备：采用超声法，将氧化石墨烯分散于乙二醇溶液中，得到黄褐色氧化石墨烯溶液，浓度为0.25 mg mL^-1。

②、取10 mM十六烷基三甲基溴化铵、2.5 mM氯金酸、2.5 mM氯铂酸钾、2.5 mM氯钯酸钾固体，加入10 mL超纯水，配制成溶液A。

③、取步骤①中制得的氧化石墨烯溶液20 mL放置于一个容器中，向其中加入溶液A，搅拌15分钟，制得混合溶液B。

④、将上述步骤③中的混合溶液B，在搅拌的条件下，于180 ℃的油浴中加热回流1 小时，然后自然冷却至室温。

⑤、将上述步骤④中获得的溶液转移至离心管中，在10000转/分钟条件下离心5分钟，然后分别用乙醇和水洗涤，制得高催化活性的化学还原的石墨烯-金铂钯复合物。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明采用液相化学法一步合成金铂钯三金属纳米粒子并将其原位组装到化学还原的石墨烯表面上，得到化学还原的石墨烯-金铂钯复合物，与金铂钯纳米粒子相比，化学还原的石墨烯-金铂钯复合材料具有更多的电化学活性面积，在酸性电解质溶液中，对甲醇、乙醇、甲酸的电化学氧化反应测试中，复合材料表现出优于单一材料的电催化性能，在实际催化剂的制备及应用中，石墨烯是能够提高催化剂催化能力的一种很有前景的载体材料。

2、当反应体系中没有加入石墨烯时，产物是金铂钯纳米粒子的聚集体，呈网络状。而当反应溶液中存在石墨烯时，得到的是化学还原的石墨烯与金铂钯纳米粒子的复合物，金铂钯纳米粒子均匀、分散地负载到化学还原的石墨烯的表面上，纳米粒子中金、铂、钯三种元素的摩尔比为28:38:34。