[发明专利]掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子的三元复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子的三元复合材料及其制备方法和应用；该方法包括以下步骤：1)将含碳的氮源进行热处理以得到掺氮碳球；2)接着将掺氮碳球溶液涂覆于玻碳表面以形成掺氮碳球修饰玻碳电极；3)将氧化石墨烯分散于缓冲溶液中以形成氧化石墨烯溶液，在氧化石墨烯溶液中，以掺氮碳球修饰玻碳电极为工作电极、铂电极为对电极、甘汞电极为参比电极通过循环伏安法(CV)进行电沉积处理以制得石墨烯/掺氮碳球修饰玻碳电极；4)将石墨烯/掺氮碳球修饰玻碳电极浸泡于含铂电解液中通过恒电位电沉积处理以制得掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子三元复合材料。该方法清洁、高效且不会破坏石墨烯的大片层结构。

技术领域

本发明涉及复合材料，具体地，涉及一种石墨烯/聚多巴胺/铂复合材料及其制备方法以及应用。

背景技术

目前，石墨烯的合成方法主要有机械剥落法、化学气相沉积、电化学合成法等。其中，电化学合成法是一种绿色、清洁、有效、快速且非破坏性的制备石墨烯的方法，它可以通过调节电位来改变电极表面材料的费米能级以改变材料的电子状态，从而可控的对材料进行修饰和还原。

石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，其厚度仅为0.35nm，C-C键长为0.142nm。因其独特的结构，而表现出许多优良的电学、光学、热学和机械性能，例如比表面积大，丰富的电活性位点。单电子层厚度的石墨烯片2D平面几何结构有利于增强电子转移。因此，将石墨烯作为基底材料制备多元复合材料结合了石墨烯和其他组分的优异性能，能源化学方便具有很好的应用前景。

目前，燃料电池作为一种可再生的可清洁能源很受欢迎，但是燃料电池的阴极氧还原催化反应是阻碍燃料电池进一步发展的瓶颈。根据文献报道，氮掺杂石墨烯对氧还原反应具有很高的催化活性，但是现有的氮掺杂石墨烯材料的分散不好，且掺氮不均匀；目前大多数的氮掺杂石墨烯材料在作为氧还原催化剂过程中，不温度，导致催化效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子的三元复合材料及其制备方法和应用，该掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子的三元复合材料能够高效催化燃料电池阴极氧还原反应，进而使得其能够在氧还原催化反应中作为催化剂；且该三元复合材料的制备方法具有绿色、清洁、高效且不会破坏石墨烯的结构、保持石墨烯原有优势等优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子的三元复合材料，其中，三元复合材料的复合组分为石墨烯、掺氮碳球和铂纳米粒子。

本发明还提供了一种掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子的三元复合材料的制备方法，其中，制备方法包括以下步骤：

1)将含碳的氮源进行热处理以得到掺氮碳球；

2)将掺氮碳球溶解于溶剂中形成掺氮碳球溶液，接着将掺氮碳球溶液涂覆于玻碳表面以形成掺氮碳球修饰玻碳电极；

3)将氧化石墨烯分散于缓冲溶液中以形成氧化石墨烯溶液，在所述氧化石墨烯溶液中，以掺氮碳球修饰玻碳电极为工作电极、铂电极为对电极、甘汞电极为参比电极通过循环伏安法(CV)进行电沉积处理以制得石墨烯/掺氮碳球修饰玻碳电极；

4)将石墨烯/掺氮碳球修饰玻碳电极浸泡于含铂电解液中通过恒电位电沉积处理以制得掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子三元复合材料。

本发明还提供了一种如上述的掺氮碳球/石墨烯/铂纳米粒子的三元复合材料在燃料电池阴极的氧还原催化反应中的应用。