[发明专利]石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体及其负载的Pd催化电极的制备和用途

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑富勒烯铵碘盐复合载体及其负载的Pd催化电极的制备和用途。它的制备步骤如下：将n‑型自掺杂富勒烯铵碘盐分散液与GO(氧化石墨烯)分散液混合后转移至水热反应釜中，加入水合肼，加热反应，冷却后，离心得到的固体用去离子水和无水乙醇离心洗涤得到复合载体。将复合载体的分散液滴加到电极上，旋涂成膜。将电极先后在K₂PdCl₄水溶液和水合肼溶液中浸泡，用去离子水冲洗，所得工作电极即可用于电催化氧化醇。由于PCBANI(n‑型自掺杂富勒烯铵碘盐)通过静电和π‑π作用夹在GO片层间，使通过还原GO制得的RGO(还原氧化石墨烯)不易堆叠，有利于固定分散钯和传质。所得催化剂Pd/RGO‑PCBANI催化电极显示出高度的催化活性和良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体及其负载的Pd催化电极的制备和用途。

背景技术

燃料电池正在成为稳定、便携和移动系统中最有前途的电源替代品之一。贵金属(如Pd和Pt)纳米催化剂(NCs)在燃料电池(FCs)中发挥了重要作用。就直接醇燃料电池(DAFCs)的阳极催化剂而言，Pd比Pt廉价并且对CO中毒具有更高的抗性。因此，近年来，研究人员致力于各种载体负载Pd基纳米粒子(NP)催化剂的开发。

碳基材料是一类重要的电催化剂载体。这些碳载体对贵金属催化剂的性能有很大的影响，如纳米粒子的分散性、粒径分布、形貌等。同时，载体的微观结构和表面形貌也协同影响着载体催化剂在FCs中的性能。石墨烯由于导电性好，化学性质稳定，而被广泛用作电催化剂载体材料。石墨烯通常由GO(氧化石墨烯)还原制得，但其片层之间强烈的π-π作用会导致石墨烯堆叠，影响负载催化剂的性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体的制备方法。稳定和高导电率(1～2S m^-1)的自掺杂富勒烯卤化铵盐是一种具有极大应用前景的电子传输层材料。其中，若将高电导率的PCBANI(即n-型自掺杂富勒烯铵碘盐)通过静电和π-π作用夹在GO(即氧化石墨烯)片层间，使通过还原制得的RGO(即还原氧化石墨烯)不易堆叠，可有效克服石墨烯作为载体材料时容易堆叠的技术难题。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体，其制备方法包括以下步骤：

将PCBANI分散于第一溶剂中制得PCBANI分散液；将GO分散于第二溶剂中制得GO分散液；再将PCBANI分散液及GO分散液混合均匀得到混合分散液，并通过水热法还原制备得到RGO-PCBANI复合载体；其中PCBANI的分子结构式为：

其中RGO-PCBANI复合载体即为石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体的缩写，PCBANI是其英文名[6,6]-phenyl-C61-butyric acid trimethylaminoethylester iodide的缩写。

作为优选，将PCBANI分散于第一溶剂中制得所述PCBANI分散液；将GO分散于第二溶剂中制得所述GO分散液。

作为优选，所述水热法具体为：将所述混合分散液转移至水热反应釜中，加入水合肼，然后加热反应，冷却离心得到RGO-PCBANI复合载体。

作为优选，所述加热反应的加热温度为80～100℃，反应时间为3～5h。进一步优选，加热温度为95℃，反应时间为4h。

作为优选，所述水合肼的加入量为每毫克GO加入6～10μL。进一步优选，每毫克GO加入8μL水合肼。

作为优选，所述的第一溶剂为DMSO，所述的第二溶剂为水。所述的PCBANI分散液及GO分散液浓度均为0.5mg/ml。