[发明专利]一种非贵金属离子络合席夫碱石墨烯催化剂的制备方法

摘要

本发明提供一种非贵金属离子络合席夫碱石墨烯催化剂的制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明首先通过将胺基官能团嫁接在石墨烯片边缘缺陷位，再通过胺醛缩合将胺基官能团转化为席夫碱官能团，最后络合非贵金属离子，获得具有可调变三维立体结构的非贵金属络合席夫碱石墨烯催化剂。本发明巧妙的利用非贵金属离子与席夫碱的络合作用，在石墨烯层与层之间形成纽带，形成三维交联的石墨烯催化剂立体结构，提高了石墨烯层间的电子传导能力和层内传质速率；同时，产生大量金属席夫碱络合物催化活性位点，与石墨烯协同催化，提高催化活性。本发明操作简单，易于工业化生产，制备的催化剂可广泛应用于以质子交换膜为电解质的燃料电池。

主权项

一种非贵金属离子络合席夫碱石墨烯催化剂的制备方法，其具体方法步骤包括(1)氧化石墨烯的制备称取3克石墨粉，加入到600毫升浓磷酸︰浓硫酸体积比为1︰9的混合溶液中，混合均匀后，获得石墨粉混合液；将上述石墨粉混合液置于冰水浴中后，缓慢加入18克高锰酸钾固体粉末，搅拌混合均匀，获得高锰酸钾石墨粉混合液；然后将上述高锰酸钾石墨粉混合液升温至50℃，搅拌反应12小时，再缓慢倒入过量的冰水中，获得紫绿色冰水溶液；最后向上述紫绿色冰水溶液中缓慢连续加入质量分数为30％过氧化氢溶液，至溶液变成金黄色后停止加入，经过滤、稀盐酸和超纯水交替洗涤、冷冻干燥后，获得氧化石墨烯；其特征在于：(2)胺化石墨烯的制备按氧化石墨烯︰有机胺质量比为1︰89～186称取步骤(1)所制备的氧化石墨烯和有机胺；先将步骤(1)所制备的氧化石墨烯分散在去离子水中，形成质量浓度为0.4～1.2毫克/毫升的氧化石墨烯悬浮液；再将有机胺加入至上述氧化石墨烯分散液中，室温搅拌10～20分钟，形成有机胺氧化石墨烯悬浮液；然后将上述有机胺氧化石墨烯悬浮液加热至80～100℃，搅拌回流4～6小时；最后经抽滤、乙醇洗涤4～6次、干燥后获得胺化石墨烯；(3)席夫碱石墨烯的制备按胺化石墨烯︰三聚氰胺︰水杨醛的质量比1︰3.2～10︰12.5～39分别称取步骤(2)制备的胺化石墨烯、三聚氰胺和水杨醛；先将胺化石墨烯分散在二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中，超声30～60分钟，形成质量浓度为0.63～2.3毫克/毫升的胺化石墨烯悬浮液；将水杨醛加入至10～20毫升二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中，形成水杨醛二甲基甲酰胺或二甲基亚砜溶液；向上述胺化石墨烯悬浮液中加入三聚氰胺固体粉末，搅拌，升温至135～180℃，待三聚氰胺完全溶解后滴加上述水杨醛二甲基甲酰胺或二甲基亚砜溶液10～20毫升，冷凝回流8～10小时；最后经抽滤、乙醇洗涤4～6次、干燥后，获得席夫碱石墨烯；(4)非贵金属离子络合席夫碱石墨烯催化剂的制备按席夫碱石墨烯︰非贵金属离子前驱体的质量比为1︰2～4.8称取席夫碱石墨烯和非贵金属离子前驱体固体粉末；先将席夫碱石墨烯分散在二甲基甲酰胺中，形成浓度0.36～1.08毫克/毫升的席夫碱石墨烯分散液；然后向上述席夫碱石墨烯分散液中加入非贵金属离子前驱体固体粉末，超声搅拌30～60分钟后，升温至135～150℃，回流4～6小时；最后经抽滤、乙醇洗涤4～6次、干燥后，获得非贵金属离子络合席夫碱石墨烯催化剂。