[發(fā)明專利]摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子的三元復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710176344.1
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107026273B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王銀玲;吳孝琴;張友良;王娟
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 鄒飛艷;張苗

本發(fā)明公開了一種摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子的三元復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用；該方法包括以下步驟：1)將含碳的氮源進行熱處理以得到摻氮碳球；2)接著將摻氮碳球溶液涂覆于玻碳表面以形成摻氮碳球修飾玻碳電極；3)將氧化石墨烯分散于緩沖溶液中以形成氧化石墨烯溶液，在氧化石墨烯溶液中，以摻氮碳球修飾玻碳電極為工作電極、鉑電極為對電極、甘汞電極為參比電極通過循環(huán)伏安法(CV)進行電沉積處理以制得石墨烯/摻氮碳球修飾玻碳電極；4)將石墨烯/摻氮碳球修飾玻碳電極浸泡于含鉑電解液中通過恒電位電沉積處理以制得摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子三元復(fù)合材料。該方法清潔、高效且不會破壞石墨烯的大片層結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料，具體地，涉及一種石墨烯/聚多巴胺/鉑復(fù)合材料及其制備方法以及應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，石墨烯的合成方法主要有機械剝落法、化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)合成法等。其中，電化學(xué)合成法是一種綠色、清潔、有效、快速且非破壞性的制備石墨烯的方法，它可以通過調(diào)節(jié)電位來改變電極表面材料的費米能級以改變材料的電子狀態(tài)，從而可控的對材料進行修飾和還原。

石墨烯是由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點陣上的碳原子組成，其厚度僅為0.35nm，C-C鍵長為0.142nm。因其獨特的結(jié)構(gòu)，而表現(xiàn)出許多優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和機械性能，例如比表面積大，豐富的電活性位點。單電子層厚度的石墨烯片2D平面幾何結(jié)構(gòu)有利于增強電子轉(zhuǎn)移。因此，將石墨烯作為基底材料制備多元復(fù)合材料結(jié)合了石墨烯和其他組分的優(yōu)異性能，能源化學(xué)方便具有很好的應(yīng)用前景。

目前，燃料電池作為一種可再生的可清潔能源很受歡迎，但是燃料電池的陰極氧還原催化反應(yīng)是阻礙燃料電池進一步發(fā)展的瓶頸。根據(jù)文獻報道，氮摻雜石墨烯對氧還原反應(yīng)具有很高的催化活性，但是現(xiàn)有的氮摻雜石墨烯材料的分散不好，且摻氮不均勻；目前大多數(shù)的氮摻雜石墨烯材料在作為氧還原催化劑過程中，不溫度，導(dǎo)致催化效果差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子的三元復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子的三元復(fù)合材料能夠高效催化燃料電池陰極氧還原反應(yīng)，進而使得其能夠在氧還原催化反應(yīng)中作為催化劑；且該三元復(fù)合材料的制備方法具有綠色、清潔、高效且不會破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)、保持石墨烯原有優(yōu)勢等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子的三元復(fù)合材料，其中，三元復(fù)合材料的復(fù)合組分為石墨烯、摻氮碳球和鉑納米粒子。

本發(fā)明還提供了一種摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子的三元復(fù)合材料的制備方法，其中，制備方法包括以下步驟：

1)將含碳的氮源進行熱處理以得到摻氮碳球；

2)將摻氮碳球溶解于溶劑中形成摻氮碳球溶液，接著將摻氮碳球溶液涂覆于玻碳表面以形成摻氮碳球修飾玻碳電極；

3)將氧化石墨烯分散于緩沖溶液中以形成氧化石墨烯溶液，在所述氧化石墨烯溶液中，以摻氮碳球修飾玻碳電極為工作電極、鉑電極為對電極、甘汞電極為參比電極通過循環(huán)伏安法(CV)進行電沉積處理以制得石墨烯/摻氮碳球修飾玻碳電極；

4)將石墨烯/摻氮碳球修飾玻碳電極浸泡于含鉑電解液中通過恒電位電沉積處理以制得摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子三元復(fù)合材料。

本發(fā)明還提供了一種如上述的摻氮碳球/石墨烯/鉑納米粒子的三元復(fù)合材料在燃料電池陰極的氧還原催化反應(yīng)中的應(yīng)用。