[發明專利]一種石墨烯復合催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410100695.0
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103861638A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 王宗花;夏建飛;趙凱;遲德玲;史國玉;夏霖;李延輝;夏延致;夏臨華
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;H01M4/92
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本發明屬于催化劑制備技術領域，涉及一種Pt/混合離子液體/石墨烯復合材料的制備工藝，特別是一種石墨烯復合催化劑的制備方法。

背景技術：

直接甲醇燃料電池（DMFC）由于具有能量密度高、環境友好、便于攜帶與儲存等優點，在移動電源、便攜式電子產品電源等領域具有廣闊的應用前景，但陽極催化劑高昂的成本和低的催化活性等缺點限制其實際應用，為提高Pt的利用率，增強其催化活性，使用碳材料負載Pt催化劑是一種有效的策略，其中Vulcan?XC-72R型炭黑由于其較大的比表面積，高的導電性以及低廉的價格而受到廣泛研究和應用。近年來，許多新興的碳納米材料如碳納米管、碳纖維以及介孔碳等也被用作燃料電池催化劑載體，并展現出廣闊的應用前景。石墨烯（GN）由于其無與倫比的比表面積及導電性而引領了新一輪的碳納米材料研究熱潮，以石墨烯作為燃料電池催化劑載體，也展現出了優異的特性，目前，石墨烯表面Pt納米粒子的可控制備仍是具有挑戰性的課題，有研究報道利用一定的化學基團對石墨烯進行修飾可以調控Pt納米粒子的生長，并改善其催化活性。離子液體具有較高的導電性、化學穩定性以及豐富的活性基團，在納米粒子的生長過程中可作為穩定劑及導向劑，因此，尋求提供一種石墨烯復合催化劑的制備方法，基于石墨烯和離子液體優異的物化性能，以混合離子液體將石墨烯功能化，提高其催化活性和穩定性。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種石墨烯復合催化劑的制備方法，以混合離子液體功能化石墨烯，利用離子液體和石墨烯之間的相互作用促進Pt納米粒子的均相生長，提高Pt納米粒子的分散度和穩定性，增強Pt納米粒子對甲醇的催化氧化活性和穩定性。

為了實現上述目的，本發明先利用改進的Hummer法制備氧化石墨烯（GO），將1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[bmim][PF₆]，IL₁）和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[bmim][BF₄]，IL₂）兩種離子液體按照體積比為1:1的比例混合攪拌24小時形成混合離子液體（IL₁-IL₂）；再將50mg制備的氧化石墨烯分散于30mL體積比為1：1的甲醇-水溶液中，攪拌20-40分鐘后加入2mL混合離子液體，攪拌40-80分鐘；加入混合離子液體后在攪拌的同時逐滴加入2mL摩爾濃度為0.038M的H₂PtCl₆水溶液得到混合溶液，再滴加摩爾濃度為0.5M的KOH水溶液將混合溶液的pH調節為9-12，得到調節pH值后的混合溶液；最后，向調節pH值后的混合溶液中緩慢加入200mg分析純NaBH₄，在室溫下攪拌20-24小時，得到黑色沉淀，將得到的黑色沉淀用體積比為1：1的甲醇-水溶液洗滌2-5次后在50℃的條件下真空干燥20-24小時，即制備得到石墨烯復合催化劑。

本發明與現有技術相比，其制備方法簡單，操作方便，制備的石墨烯復合催化劑催化活性強，穩定性高，催化效率高，應用廣泛。

附圖說明：

圖1為本發明實施例4涉及的復合催化劑的紫外-可見光譜圖，其中a、b、c和d分別表示石墨烯（GN）、Pt/IL₁/GN、Pt/IL₁-IL₂/GN和Pt/IL₂/GN。

圖2為本發明實施例4涉及的石墨烯復合催化劑的紅外譜圖，其中a、b、c和d分別表示GN、Pt/IL₂/GN、Pt/IL₁/GN和Pt/IL₁-IL₂/GN。

圖3為本發明實施例1制備的石墨烯復合催化劑的形貌及結構表征圖，其中a為SEM譜圖，b為TEM譜圖,內插圖為SAED譜圖;c為HRTEM譜圖;d為粒徑分布圖。

圖4為本發明實施例2和3制備的石墨烯復合催化劑的結構表征圖，其中a為實施例2制備的石墨烯復合催化劑TEM譜圖,內插圖為SAED譜圖；b為實施例2制備的石墨烯復合催化劑粒徑分布圖；c為實施例3制備的石墨烯復合催化劑TEM譜圖,內插圖為SAED譜圖；d為實施例3制備的石墨烯復合催化劑粒徑分布圖。