[发明专利]一种聚多巴胺修饰的炭黑-氧化石墨烯复合微球及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种聚多巴胺修饰的炭黑‑氧化石墨烯复合微球及其制备方法与应用。该制备方法包括将炭黑粉末缓慢加入到氧化石墨烯分散液中制得炭黑‑氧化石墨烯复合微球；在将炭黑‑氧化石墨烯复合微球分散到三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液中，再加入聚多巴胺粉末，制得聚多巴胺修饰的炭黑‑氧化石墨烯复合微球。然后将聚多巴胺修饰的炭黑‑氧化石墨烯复合微球用于制备甲醇燃料电池催化剂。该制备方法对低成本、高产量，同时制得的聚多巴胺修饰炭黑‑氧化石墨烯复合微球是一种性能优异的催化剂载体，提高催化剂对甲醇燃料电池的催化性能。

技术领域

本发明涉及一种聚多巴胺修饰的炭黑-氧化石墨烯复合微球及其制备方法与应用，属于燃料电池催化剂领域。

背景技术

近年来，随着化石燃料消耗量的日益增加以及储量的不断减少，直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells，DMFC)因其原料易得、成本低、功率密度高、工作温度低和环境友好等特性引起了人们的广泛关注。在DMFC中，铂(Pt)基电催化剂被认为是甲醇电氧化反应最有效的阳极电催化剂。但是，它仍然存在效率低、成本高等问题，阻碍了DMFC的广泛应用。此外，铂(Pt)基催化剂在长期的反应过程中很容易聚集和失活。但是，铂(Pt)及铂(Pt)基催化剂在甲醇燃料电池中具有较高的催化性质和抗一氧化碳中毒性质。由于铂(Pt)的不可替代性，新的催化剂载体的研究引起了人们的广泛关注。优异的催化剂载体可充分分散铂(Pt)纳米粒子、降低催化剂的成本、增加活性位点和提高催化效率。碳纳米材料，如石墨烯、碳纳米管、碳球、碳纤维和炭黑等，由于其具有较高的比表面积、良好的导电性和稳定性以及成本低等优点被广泛用于燃料电池催化剂载体材料。

中国专利文献CN104151821A公开了一种应用于燃料电池催化的花状多孔碳材料复合物的制备。该制备方法以花状氧化铜为模板。将上述模板与碳源先在有机溶剂中混匀，随后使用旋蒸法去除有机溶剂，将残留固体转移到管式炉中灼烧得混合花状材料。将上述混合花状材料酸溶后得花状碳材料。将上述花状碳材料与KOH混合灼烧后得到花状多孔碳材料。将上述花状多孔碳材料与贵金属前驱体混合，以硼氢化钠为还原剂，反应后得到燃料电池催化剂。该专利的制备方法比较复杂，且存在产量较低，可重复性较差等问题。

中国专利文献CN106025293A公开了一种应用于直接甲醇燃料电池阳极催化剂的铂/碳球锌铁层状双金属氢氧化物复合材料。具体是先构建具有笼状核壳结构的锌铁层状双金属氢氧化物，后以碳球锌铁层状双金属氢氧化物为载体，通过硼氢化钠还原法将铂纳米粒子负载到载体上，得到结构新颖的铂/碳球锌铁层状双金属氢氧化物。该方法得到的复合材料存在着与具有催化能力的金属离子结合能力较差的问题，使得燃料电池催化剂的催化性能较弱。

因此，现有技术缺少合适的制备方法和工艺条件来制备出性能优异的燃料电池催化剂载体，进一步应用于实际工业生产中。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种聚多巴胺修饰的炭黑-氧化石墨烯复合微球及其制备方法与应用。该制备方法对低成本、高产量，同时制得的聚多巴胺修饰炭黑-氧化石墨烯复合微球是一种性能优异的催化剂载体，提高催化剂对甲醇燃料电池的催化性能。

本发明的技术方案如下：

本发明的目的之一是提供一种聚多巴胺修饰的炭黑-氧化石墨烯复合微球的制备方法，包括步骤如下：

(1)将炭黑(CB)粉末缓慢加入到氧化石墨烯(GO)分散液中，边加入边搅拌得到混合分散液，然后将混合分散液喷雾干燥，制得炭黑-氧化石墨烯复合微球(CB-GO)；

(2)将炭黑-氧化石墨烯复合微球(CB-GO)分散到三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液中，再加入聚多巴胺粉末，室温下搅拌，反应18～28h，反应结束后经去离子水洗涤2～4遍，于50～70℃下烘干24～48h，制得聚多巴胺修饰的炭黑-氧化石墨烯复合微球(PDA/CG)。