[发明专利]一种负载于石墨烯表面的银铂纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料，具体是涉及一种负载于石墨烯表面的银铂纳米复合材料及其 制备方法。

背景技术

燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转变成为电能的发电装置。由于 其能量转化率高、产生的污染物少、环境友好、噪音小等特点，被认为是解决能源问题的最 佳途径之一。然而，燃料电池的关键材料之一——电催化剂的主要成分铂价格昂贵，并且存 在着活性不高，稳定性差，在燃料电池的运行过程中容易中毒失效等缺点，极大地阻碍了燃 料电池的商业化进程。

为了解决上述问题，人们提出了许多解决方案，其中铂基合金催化剂是一个研究的热点。 有文献(J.Cao等，JournalofPowerSources，2015，277：155-160)指出，当铂与银形 成合金后，其催化性能与催化稳定性得到了改善，成本也相应降低，中国专利CN103638926A 报道了一种超稳定的银-铂纳米材料的制备方法，制得的银-铂纳米粒子具有均一稳定的特性， 且具有较强的电化学活性。这些性能的改善主要依赖于银铂合金材料中不同原子的相互作用。 另外，材料的微观结构也会影响材料的性能，如空心结构的铂基合金材料因为其特殊的结构， 具有较大的比表面积，还能大幅降低催化剂的成本。中国专利CN102554262A、CN105032412A、 CN1053634400A报道了空心结构的银铂材料的制备方法，所得的材料有较好的催化性能，但 还存在这合成步骤麻烦，反应温度较高，产率不理想等可以改善的地方。

目前，各种碳材料，如炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维等，因其较高的比表面积和良好的 电子传导率，被广泛用作燃料电池电催剂活性组分的载体，但仍然存在着总体性能较低、寿 命较短、容易腐蚀、抗CO中毒能力较差问题。石墨烯作为新型的碳材料，由于其特殊的物 理化学特性，如巨大的比表面、高的电子传导速率以及电化学稳定性等，在燃料电池应用上 有以下独特的优势：①石墨烯上的大π键使其与贵金属催化剂之间有较强的相互作用，可以 有效阻止贵金属粒子的迁移、聚集，提高催化剂的稳定性(参见文献：C.Shen，PhysicsLetters A，2014，378：1321-1325)。②石墨烯良好的导电性使其在催化反应中电子容易传导而降低 电池的内阻，提高电池的性能(参见文献：Y.Sun等，Energy&EnvironmentalScience， 2011，4：1113-1132)。石墨烯这些特性使其在燃料电池方面应用潜力巨大。最近的一些专利 (参见中国专利CN105293484A、CN105289657A、CN105289695A)均有报道，使用石墨烯作为 催化剂的载体，相比普通碳载体，可以获得更好的性能和稳定性。石墨烯这些特性使其在燃 料电池方面应用潜力巨大。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种负载于石墨烯表面的银铂纳米复合材料 及其制备方法。

所述负载于石墨烯表面的银铂纳米复合材料的活性组分为Ag和Pt的合金，空心结构的 银铂纳米粒子均匀地复载于该于石墨烯载体的表面，形成复合材料。其中空心银铂纳米粒子 的外径为2～5nm，内径为0.1～3nm，石墨烯的横向尺寸为微米级。

所述负载于石墨烯表面的银铂纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制柠檬酸钠溶液，加入无机银盐前驱体和聚乙烯吡咯烷酮，得混合液，然后加入 硼氢化钠，即得银晶种溶液；

(2)在银晶种溶液中加入无机铂盐和抗坏血酸，反应后冷却离心取沉淀，制得空心结构 的银铂纳米合金；

(3)将制得的空心结构的银铂纳米合金与预先超声的石墨烯水溶液混合后，即得负载于 石墨烯表面的银铂纳米复合材料。

在步骤(1)中，所述柠檬酸钠溶液的摩尔浓度可为0.0010～0.5000M；所述无机银盐前 驱体与柠檬酸钠溶液中的柠檬酸钠的摩尔比可为1∶(1～4)；聚乙烯吡咯烷酮与柠檬酸钠溶 液中的柠檬酸钠的摩尔比可为1∶(1～2)；硼氢化钠与无机银盐前驱体的摩尔比可为(3～1)∶ 1；所述无机银盐前驱体可选自碳酸银、硝酸银、硫酸银等中的一种；所述聚乙烯吡咯烷酮可 采用聚乙烯吡咯烷酮(K＝30)。