[发明专利]一种钯纳米线修饰的氮掺杂碳空心球复合材料的制备方法及产品和应用

摘要

本发明公开了一种钯纳米线修饰的氮掺杂碳空心球复合材料的制备方法，利用氮掺杂的碳空心球N‑HCS作为载体，在其表面生长钯纳米线。但由于钯纳米线的生长一般需要在一个模板上进行，所以本发明首先将N‑HCS表面用左旋色氨酸修饰，然后再沉积铜纳米颗粒，以此为种子，再生长铜纳米线；以铜纳米线作为模板，通过铜与钯离子之间的置换反应，钯取代铜，从而形成钯纳米线。本发明可以通过改变铜与钯离子之间的反应摩尔比，从而形成不同组成的复合材料，这类复合材料对乙醇氧化表面出优异的电催化活性，在碱性醇燃料电池中有重要应用。

主权项

1.一种钯纳米线修饰的氮掺杂碳空心球复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）采用改进的现行技术（Wei Wu, et al., Ni modified Pd nanoparticles immobilized on hollow nitrogen doped carbon spheres for the simehydrogenation of phenylacetylene, Journal of Colloid and Interface Science 2018, 531: 642–653），制备氮掺杂碳空心球（NHCS）；（2）将NHCS加入到浓度为0.5 mg·mL^‑1的左旋色氨酸溶液中，保持NHCS与溶液的质量：体积为1mg：0.5mL，室温下缓慢搅拌后过滤，室温下真空干燥，得到表面功能化处理的NHCS，记为L‑HNCS颗粒；（3）首先将CuSO₄·5H₂O溶于90^oC的乙二醇中，使Cu²⁺的浓度为0.01mol·L^‑1；接着加入上述L‑HNCS颗粒，使L‑HNCS与溶液的质量：体积比为1mg:1mL，将所得混合物继续在90^oC下充分搅拌，得到吸附铜离子的NHCS分散液，记为Cu²⁺/NHCS分散液；（4）将NaH₂PO₂·H₂O和聚乙烯吡咯烷酮依次加入到乙二醇中，搅拌下加热到90^oC，使NaH₂PO₂·H₂O和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，得到还原剂溶液，其中NaH₂PO₂·H₂O和聚乙烯吡咯烷酮的浓度分别为0.04 mol·L^‑1和50 mg/100mL；（5）将上述还原剂溶液继续加热到90^oC，在搅拌下，加入温度为90^oC的Cu²⁺/NHCS分散液，继续搅拌后过滤，所得固体依次用乙醇、纯水洗后置于室温真空干燥，得到表面Cu纳米颗粒种子化的NHCS，记为Cu‑n/NHCS；（6）将上述Cu‑n/NHCS加入到0.01 mol·L^‑1的CuCl₂溶液中，在室温下搅拌后加入十八胺，所得混合物在室温下继续搅拌后转入容器中加热至180^oC，并在此温度保持40h，冷却至室温，所得固体物质过滤，依次用无水乙醇、纯水清洗，置于室温真空干燥，得到表面生长铜纳米线的氮掺杂碳空心球，记为Cu‑nw/NHCS;（7）将上述Cu‑nw/NHCS在缓慢搅拌下加入到浓度为0.005 mol·L^‑1的PdCl₂溶液中，之后停止搅拌，在静态下保持一定时间，随后过滤，固体用纯水洗后室温真空干燥，得到钯纳米线修饰的氮掺杂碳空心球复合材料，记为Pd‑nw/NHCS。