一種制備氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體的方法，本發明專利技術涉及一種石墨烯復合材料的制備方法，它要解決現有方法得到的載體負載Pt后的催化劑催化活性低的問題。制備方法：一、配制氧化石墨溶液和聚乙烯亞胺溶液；二、將聚乙烯亞胺溶液加入到氧化石墨溶液中，收集的固相物分散到水中，得到修飾的氧化石墨溶液；三、把碳納米管水溶液加入到修飾的氧化石墨溶液中，加入多酸或多酸鹽制得反應懸濁液；四、對反應懸濁液進行水熱處理，得到復合材料；五、復合材料放入馬弗爐中煅燒；六、再放入管式爐中氮化處理。本發明專利技術三元復合體中碳納米管與氧化石墨烯結合良好，復合載體上氮化鎢呈現出良好的分散性，大幅度提升了Pt的催化活性和穩定性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種石墨烯復合材料的制備方法。
技術介紹
納米復合材料是現在材料科學的研究熱點。復合材料不僅具有其各組成部分單獨的性質，更重要的是組分間的相互作用和影響，可導致復合體具有新的應用性能。設計合成新的復合材料具有重要的意義。過渡金屬氮化物由于其具有“類鉬性”、酸堿介質中的穩定性、抗CO氣體中毒等特性，被廣泛應用于催化加氫、脫氫、異構化，燃料電池等領域。其應用性能與其尺寸、分散性有密切關系。為使得氮化物的性能得到充分的發揮，須將其負載在載體上。載體的導電性、形態等對最終復合體的應用性能有很大的影響。碳材料，比如石墨烯和碳納米管具有良好的物理化學性能，能夠作為構建納米復合體的基塊。將氧化石墨烯與氮化物復合，可在一定的范圍內改善氮化物的應用性能。但是氧化石墨烯的導電性較差，且容易聚集，引入另外一種導電性較好的組分十分必要。與氧化石墨烯相比，碳納米管具有好的導電性。同時，兩者均為碳質材料，利于兩者的結合。同時，微粒的大小和均勻性是影響其催化性能的一個非常重要的因素，小的尺寸和均一的分布對于提高材料的性能十分必要。雜多酸是一類離散多陰離子金屬氧簇，由于雜多酸具有各種類型的分子結構，接近納米的尺寸，是制備小尺寸氮化物的優質原料。
技術實現思路
本專利技術目的是為了解決現有制備方法得到的載體負載Pt后的催化劑催化活性低的問題，而提供。本專利技術制備氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體的方法按下列步驟實現:一、將氧化石墨分散到去離子水中，得到氧化石墨溶液，將聚乙烯亞胺分散到去離子水中，得到聚乙烯亞胺溶液；二、按氧化石墨溶液中氧化石墨與聚乙烯亞胺溶液中聚乙烯亞胺的質量比為1: (I?10)將聚乙烯亞胺溶液加入到氧化石墨溶液中攪拌均勻，過濾收集固相物，經洗滌后再分散到去離子水中得到修飾的氧化石墨溶液；三、將功能化的碳納米管分散到去離子水中，得到碳納米管水溶液，把碳納米管水溶液加入到修飾的氧化石墨溶液中混合均勻，然后加入多酸或多酸鹽以400?2000rpm的速度攪拌12?24小時，得到反應懸濁液；四、將步驟三得到的反應懸濁液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的水熱釜中水熱處理，抽濾收集固相物，烘干后得到復合材料；五、將步驟四得到的復合材料放入馬弗爐中以200?350°C的溫度煅燒2?8小時，得到煅燒后的復合體；六、將煅燒后的復合體再放入管式爐中通入氨氣進行氮化處理，然后隨爐自然冷卻，得到氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體。本專利技術基于組裝的方法制備氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體，所得到的氮化鎢/碳納米管-石墨烯三元復合體具有組分間結合緊密、氮化物尺寸小和組分容易調控等優勢，應用其作為金屬Pt的載體，大幅度提升了 Pt的催化活性和穩定性，降低了 Pt的用量。該氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體作為載體負載Pt的催化劑的質量比活性為702.4mAmg^Pt,是商業Pt/C活性(184.5mA mg^Pt)的3.81倍，并且在經過15000s的穩定性測試時，剩余電流密度為29.13mA mg_lPt，然而，商業Pt/C剩余電流密度僅為0.85mA mg^Pt,說明該三元復合體作為載體負載Pt的催化劑活性和穩定性要優于商業Pt/C，為今后燃料電池商業化奠定基礎。綜上所述本專利技術還包含以下有益效果:1、本專利技術選用的偶聯劑聚乙烯亞胺是一種具有較高的陽離子電荷密度的有機大分子，利于功能組分的有效組裝而獲得性能優異的復合體材料；2、選用的金屬源為多酸，具有尺寸小、穩定性好、結構多樣易于調控等優勢，有利于調控復合體中氮化物的組成，進而易于實現復合體應用性能的調控；3、本專利技術可以通過改變熱處理時間、物料比例等參數實現復合體結構的控制。【附圖說明】圖1是實施例一得到的氮化鎢/碳納米管-石墨烯三元復合體的透射電子顯微鏡圖；圖2是氮化鎢的傅里葉紅外轉化圖譜；圖3是氮化鎢粒徑分布圖；[0021 ] 圖4是三種不同催化劑的循環伏安曲線，其中I一鉬-氮化鎢/碳納米管-石墨烯催化劑，2—鉬/碳納米管-石墨烯催化劑，3—商業Pt/C催化劑；圖5是三種不同催化劑的記時安培曲線，其中I一鉬-氮化鎢/碳納米管-石墨烯催化劑，2—鉬/碳納米管-石墨烯催化劑，3—商業Pt/C催化劑。【具體實施方式】【具體實施方式】一:本實施方式氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體的方法一、將氧化石墨分散到去離子水中，得到氧化石墨溶液，將聚乙烯亞胺分散到去離子水中，得到聚乙烯亞胺溶液；二、按氧化石墨溶液中氧化石墨與聚乙烯亞胺溶液中聚乙烯亞胺的質量比為1: (I~10)將聚乙烯亞胺溶液加入到氧化石墨溶液中攪拌均勻，過濾收集固相物，經洗滌后再分散到去離子水中得到修飾的氧化石墨溶液；三、將功能化的碳納米管分散到去離子水中，得到碳納米管水溶液，把碳納米管水溶液加入到修飾的氧化石墨溶液中混合均勻，然后加入多酸或多酸鹽以400~2000rpm的速度攪拌12~24小時，得到反應懸濁液；四、將步驟三 得到的反應懸濁液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的水熱釜中水熱處理，抽濾收集固相物，烘干后得到復合材料；五、將步驟四得到的復合材料放入馬弗爐中以200~350°C的溫度煅燒2~8小時，得到煅燒后的復合體；六、將煅燒后的復合體再放入管式爐中通入氨氣進行氮化處理，然后隨爐自然冷卻，得到氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體。本實施方式制備得到的氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體是將一定量的功能化的碳納米管負載聚乙烯亞胺修飾的石墨烯上(質量比為1:2)，然后，再將以硅鎢酸為鎢源的氮化鎢負載在碳納米管和石墨烯的復合載體上(質量比為1:1)。本實施方式所得的氮化物與氧化石墨烯和碳納米管三元復合材料，具有氮化物分散性好，尺寸小，碳管與石墨烯接觸好等優勢，表現出優良的助催化性能。以其為載體材料，擔載Pt后可顯著增強Pt的催化活性和穩定性。【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一按質量比為1: (100?400)將氧化石墨分散到去離子水中，得到氧化石墨溶液。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一按質量比為1: (50?200)將聚乙烯亞胺分散到去離子水中，得到聚乙烯亞胺溶液。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟二中所述的攪拌速度為400?2000rpm，攪拌時間為4?36小時。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至三之一相同。【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是步驟三所述的功能化的碳納米管水溶液中的碳納米管與修飾的氧化石墨溶液中的氧化石墨的質量比為1:(0.25?4)。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至四之一相同。【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是步驟三中所述的多酸為硅鎢酸、硅鑰酸、磷鎢酸或磷鑰酸；所述的多酸鹽為硅鎢酸鈉、硅鑰酸鈉、磷鎢酸鈉或磷鑰酸鈉。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至五之一相同。【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是步驟三按多酸與氧化石墨和碳納米管的總質量比為1: (0.25?3)加入多酸。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至六之一相同。【具體實施方式】八本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制備氮化物/碳納米管?石墨烯三元復合體的方法，其特征在于是按下列步驟實現：一、將氧化石墨分散到去離子水中，得到氧化石墨溶液，將聚乙烯亞胺分散到去離子水中，得到聚乙烯亞胺溶液；二、按氧化石墨溶液中氧化石墨與聚乙烯亞胺溶液中聚乙烯亞胺的質量比為1:(1～10)將聚乙烯亞胺溶液加入到氧化石墨溶液中攪拌均勻，過濾收集固相物，經洗滌后再分散到水溶液中得到修飾的氧化石墨溶液；三、將功能化的碳納米管分散到去離子水中，得到碳納米管水溶液，把碳納米管水溶液加入到修飾的氧化石墨溶液中混合均勻，然后加入多酸或多酸鹽以400～2000rpm的速度攪拌12～24小時，得到反應懸濁液；四、將步驟三得到的反應懸濁液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的水熱釜中水熱處理，抽濾收集固相物，烘干后得到復合材料；五、將步驟四得到的復合材料放入馬弗爐中以200～350℃的溫度煅燒2～8小時，得到煅燒后的復合體；六、將煅燒后的復合體再放入管式爐中通入氨氣進行氮化處理，然后隨爐自然冷卻，得到氮化物/碳納米管?石墨烯三元復合體。
【技術特征摘要】
1.一種制備氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體的方法，其特征在于是按下列步驟實現: 一、將氧化石墨分散到去離子水中，得到氧化石墨溶液，將聚乙烯亞胺分散到去離子水中，得到聚乙烯亞胺溶液； 二、按氧化石墨溶液中氧化石墨與聚乙烯亞胺溶液中聚乙烯亞胺的質量比為1:(I?10)將聚乙烯亞胺溶液加入到氧化石墨溶液中攪拌均勻，過濾收集固相物，經洗滌后再分散到水溶液中得到修飾的氧化石墨溶液； 三、將功能化的碳納米管分散到去離子水中，得到碳納米管水溶液，把碳納米管水溶液加入到修飾的氧化石墨溶液中混合均勻，然后加入多酸或多酸鹽以400?2000rpm的速度攪拌12?24小時，得到反應懸濁液； 四、將步驟三得到的反應懸濁液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的水熱釜中水熱處理，抽濾收集固相物，烘干后得到復合材料； 五、將步驟四得到的復合材料放入馬弗爐中以200?350°C的溫度煅燒2?8小時，得到煅燒后的復合體； 六、將煅燒后的復合體再放入管式爐中通入氨氣進行氮化處理，然后隨爐自然冷卻，得到氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體。2.根據權利要求1所述的一種制備氮化物/碳納米管-石墨烯三元復合體的方法，其特征在于步驟一按質量比為1: (100?400)將氧化石墨分散到去離子水中，得到氧化石墨溶液。3.根據權利要求1所述的一種制備氮化物/碳納米...
【專利技術屬性】
技術研發人員：田春貴，付宏剛，閆海靜，王蕾，孫立，
申請(專利權)人：黑龍江大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23
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