[发明专利]一种提高电子传递效能的黑色素/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种提高电子传递效能的黑色素/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：1)将黑色素与N,N‑二甲基乙酰胺混合并加热，得到黑色素溶液；2)将黑色素溶液、羧基化石墨烯和酸性溶液混合并加热，得到第一混合物；3)将第一混合物进行煅烧，得到第二混合物；4)将第二混合物进行超声处理，得到第三混合物；5)将第三混合物进行洗涤和干燥，得到所述黑色素/石墨烯纳米复合材料。该制备方法工艺简单、成本低廉、周期短、环境友好，适用于工业化大规模生产，制备获得的复合材料导电性能好，电子传递效能高，应用范围广，可应用在燃料电池产电、难降解有机物去除和重金属还原等方面。

技术领域

本发明属于新能源材料及其制备技术领域，特别是涉及一种提高电子传递效能的黑色素/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，石墨烯由于其比表面积大、导电性好、机械强度高等优点而受到广泛关注。为了进一步提升石墨烯的电化学性能，研究者们一方面通过在石墨烯中掺杂非金属杂原子(如N，S，P等)来调谐它的导电性能，另一方面也有研究者通过将石墨烯与其他物质进行复合，制备复合材料(如Co₃O₄/石墨烯复合材料和Pt/Pb/石墨烯复合材料)来提高石墨烯的电化学性能。然而，目前的复合材料或者掺杂材料面临着制备工艺复杂、成本较高等缺陷，限制了它们在实际中的大量生产和广泛应用。

近年来研究发现，一些生物色素作为氧化还原反应的介体对各种难降解有机污染物的去除起到催化作用。其中，黑色素作为一种微生物自身分泌的氧化还原介质，具有优异的电子传递性能和独特的非晶形半导体性质，引起了研究者的广泛关注。然而，黑色素会随出水而流失，对环境造成二次污染，而为保证电化学效能，持续投加黑色素也造成了运行成本增加的问题，限制了黑色素的进一步应用。

鉴于石墨烯原材料的导电性能和黑色素的电子传递特性，如果能将两种材料复合在一起，形成一种非金属的复合材料，这即提高了石墨烯的电化学性能，同时可实现对黑色素的固定。该复合材料预期将具有比两者单独更加优异的性能，可进一步拓宽其应用领域。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高电子传递效能的黑色素/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用。该制备方法工艺简单、成本低廉、周期短、环境友好，适用于工业化大规模生产，制备获得的复合材料导电性能好，电子传递效能高，应用范围广，可应用在燃料电池产电、难降解有机物去除和重金属还原等方面。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种黑色素/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将黑色素与N,N-二甲基乙酰胺混合并加热，得到黑色素溶液；

2)将步骤1)得到的黑色素溶液、羧基化石墨烯和酸性溶液混合并加热，得到第一混合物；

3)将步骤2)得到的第一混合物进行煅烧，得到第二混合物；

4)将步骤3)得到的第二混合物进行超声处理，得到第三混合物；

5)将步骤4)得到的第三混合物进行洗涤和干燥，得到所述黑色素/石墨烯纳米复合材料。

优选地，步骤1)中，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)N,N-二甲基乙酰胺用于溶解黑色素，可以按照需要控制其用量，例如：黑色素的质量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比可以为200mg:100mL～400mg:100mL，如200mg:100mL～300mg:100mL或300mg:100mL～400mg:100mL；

2)加热温度为55℃～65℃，如55℃～60℃或60℃～65℃。

优选地，步骤2)中，还包括如下技术特征中的至少一项：