[发明专利]N-GQDs/AgPt中空树突结构纳米复合材料及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种N‑GQDs/AgPt中空树突结构纳米复合材料，是以附着在Ag表面的N‑GQDs为载体，光照处理后通过置换反应使AgPt合金分别附着于N‑GQDs内外两侧得到N‑GQDs/AgPt中空树突纳米复合材料，制备简单，提高了Pt的利用率，降低了生产成本。由于N‑GQDs良好的分散性，AgPt的电子及双功能效应，Ag/N‑GQDs的光照处理以及特殊的中空树突结构，大大地提高了对甲醇的电催化活性（其催化性能是商业Pt/C的21倍）和抗CO中毒能力，在DMFCs中具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域及电催化技术领域，具体涉及一种N-GQDs/AgPt中空树突纳米复合材料的制备方法，该纳米复合材料主要作为催化剂用于甲醇氧化反应中。

背景技术

近年来，DMFCs以其燃料来源丰富、储存方便、结构简单、操作安全、持续供电时间长、体积能量密度高等优点而日益受到广泛关注。贵金属催化剂（主要是铂）由于其有效的催化活性具有进一步改进的显著潜力，被广泛用作甲醇氧化反应（MOR）的阳极催化剂。但是，其差的抗CO中毒性，低的Pt利用率和高成本，严重阻碍了DMFCs的商业化。因此，在电催化领域中，很多研究都围绕着Pt催化剂的更高效利用方面开展。而Pt基多金属中空树突结构催化剂由于比纯Pt催化剂具有更高的催化活性和较低的Pt消耗而备受瞩目。

利用可见光光照处理金属纳米颗粒的方式是一种简洁且行之有效的方式。近年来，研究人员发现金属纳米颗粒的电磁、光学、催化等性能易受形貌和尺寸的影响。Ag纳米颗粒由于其具有独特的点学、催化及光学性能，因此通过光照调节Ag纳米颗粒的形貌和性能在光电催化方面具有很好的应用前景。

Ag和Pt的双金属协同作用提高MOR催化性能的报道很少，因此Ag纳米颗粒（AgNPs）的引入很受关注。首先，Ag与Pt具有相似的晶格常数，这有利于Ag与Pt的生长以及合金的形成。其次，由于Pt和Ag之间的双功能效应，通常可以在与Ag合金化后提高Pt基催化剂的抗CO中毒能力。石墨烯量子点电导率高，比表面积大，化学性质稳定，是一种很好的催化剂载体。中空树突结构因其具有很大的比表面积，在催化、储能领域都有着巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种N-GQDs/AgPt中空树突结构纳米复合材料的制备方法；

本发明的另一个目的是提供上述N-GQDs/AgPt中空树突结构纳米复合材料对于催化甲醇的性能进行研究，以期用于甲醇燃料电池的阳极催化剂。

一、N-GQDs/AgPt中空树突纳米复合材料的制备

（1）Ag/N-GQDs纳米颗粒的制备：将氮掺杂的石墨烯量子点（N-GQDs）、硝酸银加入去离子水中搅拌混合均匀，在80℃~100℃下反应20~40min，冷却至室温，离心，得到Ag/N-GQDs纳米颗粒。其中，氮掺杂石墨烯量子点与硝酸银的质量比为0.7:1~0.8:1。

（2）Ag/N-GQDs的光照处理：将Ag/N-GQDs纳米颗粒陈化10~12h后，利用高压钠灯照射1~3h，得到光照处理后的Ag/N-GQDs纳米颗粒。

（3）N-GQDs/AgPt中空树突结构纳米复合材料的制备：将光照处理后的Ag/N-GQDs纳米颗粒加入去离子水中，依次加入还原剂抗坏血酸和氯铂酸，室温下反应40~60min；反应产物用乙醇和水离心洗涤去除残留物，得到目标产物N-GQDs/AgPt中空树突纳米复合材料。其中，硝酸银与氯铂酸摩尔比为0.6:1~1.2:1；氯铂酸与还原剂抗坏血酸的摩尔比为0.06:1~0.08:1；离心洗涤是以10000~13000转/分的离心速度离心10~20min。

二、N-GQDs/AgPt中空树突结构纳米复合材料的结构

为考察催化剂中空树突结构的结构，通过TEM、HRTEM、XPS、EDX等一系列手段进行物理结构表征，表征结果表明N-GQDs/AgPt中空树突结构纳米复合材料成功合成。