[發(fā)明專利]碳包裹Ni納米晶顆粒負(fù)載在石墨烯上的納米復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610108384.8
• 申請(qǐng)日: 2016-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105562005B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雄偉;武培怡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/755
• 分類號(hào): B01J23/755;C07C215/76;C07C213/02;B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

本發(fā)明屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種碳包裹Ni納米晶顆粒負(fù)載在石墨烯片上的納米復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明以二茂鎳做為鎳和碳的前驅(qū)體，通過(guò)與預(yù)先制備的氧化石墨烯混合，經(jīng)溶劑熱處理和隨后的高溫氮?dú)獗Ｗo(hù)下的熱處理得到碳包鎳納米晶顆粒負(fù)載在石墨烯上的復(fù)合材料。在水處理應(yīng)用上，該材料具有優(yōu)異的催化還原對(duì)硝基苯酚的性能和吸附水中有機(jī)染料的性能。此外該材料還可以用來(lái)電催化析氫，且具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本發(fā)明方法，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，易于批量化、規(guī)模化生產(chǎn)，具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)基礎(chǔ)和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種催化還原對(duì)硝基苯酚、吸附有機(jī)染料及電催化析氫材料及其制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯作為一種蜂窩狀的單層碳原子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于其突出的導(dǎo)電性能、極好的機(jī)械柔韌性、重量輕、大的比表面積和好的化學(xué)穩(wěn)定性受到廣泛的關(guān)注。在功能性納米復(fù)合材料的制備上，石墨烯被是一種非常理想的碳基體來(lái)負(fù)載各類納米顆粒，其中尤以金屬納米顆粒最為常用。至目前，各種類型的金屬納米顆粒，如Fe₃O₄, MoS₂, TiO₂, Ag, Au 和 Ni等通過(guò)與石墨烯復(fù)合形成復(fù)合材料而廣泛應(yīng)用在催化、儲(chǔ)能、傳感器和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化等。一方面，石墨烯的引入除了可以提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率，同時(shí)還可以有效阻止納米顆粒的團(tuán)聚。另一方面，負(fù)載在石墨烯上面的納米顆粒不僅可以賦予最終的復(fù)合材料各種功能，還可以阻礙石墨烯的重疊。然而，制備納米顆粒均勻負(fù)載在石墨烯上面的復(fù)合材料依然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

鎳納米顆粒由于它在催化、鋰電池、傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值而受到極大的關(guān)注。作為催化劑，納米級(jí)的鎳顆粒被認(rèn)為具有比塊狀鎳更好的催化活性。然而由于高的表面能，納米級(jí)鎳很容易發(fā)生嚴(yán)重的團(tuán)聚，這會(huì)限制它們潛在的優(yōu)勢(shì)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一種有效的方法是通過(guò)與其他碳材料如石墨烯、碳納米管復(fù)合，形成各種雜化材料。

當(dāng)暴露于空氣中時(shí)，金屬納米顆粒較容易被氧化成金屬氧化物。在金屬納米顆粒的表面包裹一層碳可以防止金屬納米顆粒被氧化，而它的表面催化活性并不會(huì)因此下降。碳的包裹也可以提高金屬納米顆粒在酸性或堿性介質(zhì)中的催化活性。此外，對(duì)于石墨烯基的金屬納米復(fù)合材料，一個(gè)大的挑戰(zhàn)是納米顆粒與石墨烯表面之間弱的相互作用。碳的包裹可以起到粘膠劑的作用，將納米顆粒緊密地固定在石墨烯表面。

本發(fā)明通過(guò)一步溶劑熱法和隨后的高溫?zé)崽幚碇苽涞玫筋惾髦谓Y(jié)構(gòu)的石墨烯基鎳納米復(fù)合材料，其中超薄碳包裹的鎳納米晶顆粒均勻地負(fù)載在石墨片表面。在溶劑熱過(guò)程中，使用二茂鎳作為碳和鎳的前驅(qū)體，氧化石墨烯（GO）作為模板。得到的納米復(fù)合材料呈現(xiàn)核-殼片狀結(jié)構(gòu)、具有高的特征表面積（143 m² g^-1 ）和優(yōu)異的磁性。正是由于這些特性，從而賦予最終的復(fù)合材料在應(yīng)用領(lǐng)域的多功能性。在催化對(duì)硝基苯酚的還原、電催化析氫以及吸附水中的有機(jī)染料應(yīng)用中都具有較好的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡(jiǎn)單同時(shí)具有多功能應(yīng)用性的超薄碳包鎳納米晶負(fù)載在石墨烯上的納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明提供的超薄碳包裹鎳納米晶負(fù)載在石墨上的納米復(fù)合材料，是通過(guò)溶劑熱法及隨后的高溫?zé)崽幚韽亩谑┍砻嬖簧L(zhǎng)碳包鎳納米晶顆粒。石墨烯的引入不僅可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性，還可以抑制納米顆粒的團(tuán)聚。超薄碳的包裹可以保護(hù)鎳納米晶不被氧化和污染，從而使復(fù)合材料具有更好的催化穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的碳包裹鎳納米晶顆粒負(fù)載在石墨烯上的復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：

（1）將400~800 ml溶劑倒入1000ml的燒瓶中，加入5~15 g 氫化鈣，室溫下攪拌6~32 h，然后在50~130℃ 下蒸出溶劑，得到無(wú)水溶劑；

（2）用步驟（1）得到的無(wú)水溶劑離心洗滌氧化石墨烯（GO）水分散液2~8次，得到GO的無(wú)水溶劑分散液，GO的濃度為2~15 mg/ml；