[发明专利]一种石墨烯负载型镍铂核壳纳米复合物的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种以石墨烯为载体制备分散均匀、粒径小的纳米核壳NiPt催化剂的方法，尤其是一种制备工艺简单，成本低廉，产品的粒径小且分散均匀的核壳结构的纳米NiPt/Grephene的制备方法。

技术背景

纳米材料具有许多不同于大尺寸本体材料的独特物理和化学性质，特别是极大的比表面使其成为高效催化剂的有利因素之一。其中核-壳结构双金属纳米粒子由于具有特殊的结构及催化性能等而成为材料科学研究中的一个热点。与合金催化剂相比，NiPt核壳型催化剂对氧还原具有更高的催化活性，一方面，Pt 壳层可防止过渡金属的溶解，增加铂的比表面积，提高铂的利用率；另一方面，可产生特殊的催化性能，防止电催化活性的衰减。Chen Yumei等人（NiPt Core-Shell Nanoparticles: Synthesis, Structural and Electrochemical Properties. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1645-1649）利用常用的多元醇修饰连续还原法制得具有很薄的单层Pt壳且粒径小于10nm的 NiPt 纳米粒子；且实验证明核壳结构NiPt大大增加了铂的比表面积，从而其电催化性能比单纯的Pt高出了很多。

石墨烯，也称“单层石墨”，是碳原子以 SP²杂化轨道方式成键，呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，由于其独特而完美的结构使得石墨烯具有优异的电学、力学、热学和光学等特性，特别其电子运动速度达到了 1 000 m/s，远远超过了电子在其他导体中的运动速度。石墨烯的这些特性为其成为金属催化剂的优良载体提供了可能。  

发明内容

本发明的目的是提供一种使用石墨烯为载体，连续还原制备具有良好电催化活性的NiPt纳米核壳催化剂的方法。

一种石墨烯负载型镍铂（NiPt/石墨烯）核壳纳米复合物的制备方法，通过以下步骤进行：

（1）石墨烯的制备：分别取石墨、硝酸钠加入到三颈烧瓶中，其中石墨和硝酸钠的质量比为（1-3）：（0.5-1.5）g/g，冰浴条件下分别缓慢加入浓硫酸、高锰酸钾，石墨与浓硫酸的比为（1-3）：（10-90）g/ml，石墨与高锰酸钾质量比为（1-3）：（1-10） g/g,30-50℃恒温水浴机械搅拌5-15h后，加入等量的高锰酸钾继续搅拌不少于12h，冷却至室温加入冰高纯水稀释，再加入质量分数为30%的双氧水深度氧化，石墨与双氧水的比为(1-3):(1-5) g/ml，得氧化石墨烯；用去离子水、浓盐酸、无水乙醇洗净产物，抽滤，烘干。

（2）Ni/石墨烯的制备：将步骤（1）所得的氧化石墨烯加入乙二醇溶液中超声分散均匀，与调节了pH=7-13的醋酸镍乙二醇溶液混匀后置于微波炉中反应，醋酸镍溶液的微波反应时间5-15min、温度为180-200℃、功率为600-900W，得Ni/石墨烯。

    （3）NiPt/石墨烯的制备：称取步骤（2）制得的Ni/石墨烯加适量去离子水超声分散，称取氯铂酸溶解后调节其pH=5-9，Ni/石墨烯与氯铂酸的质量比为（1-2）:（0.02-0.03） g/g，将Ni/石墨烯水溶液与氯铂酸溶液混匀后，室温下机械搅拌20-30h后得NiPt/石墨烯。

本发明中步骤（2）中用氢氧化钠的乙二醇饱和溶液调节醋酸镍乙二醇溶液pH。

   本发明所制备的NiPt/石墨烯纳米核壳材料，微粒粒径小于20nm，形貌规则，分散性良好。

附图说明

图1为所制备纳米核壳NiPt/石墨烯催化剂的XRD衍射谱图。

图2为所制备纳米核壳NiPt/石墨烯催化剂的载体石墨烯的透射电镜照片。

图3为所制备纳米核壳NiPt/石墨烯催化剂的透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明作进一步说明。

 

实施例1 石墨烯的制备

在三颈烧瓶中加入1.0g石墨、0.5g硝酸钠，冰浴条件下边机械搅拌一边缓慢的加入10ml浓硫酸、1.0g高锰酸钾，混合均匀，从冰浴中移至30℃恒温水浴中，机械搅拌5h，再缓缓加入与之前等量的高锰酸钾继续搅拌12h。

将上述混合液自然冷却至室温，转移至大烧杯中加冰-高纯水稀释，边搅拌边再加入1ml 30%双氧水。