[發明專利]一種鉑鉛/氮摻雜石墨烯復合物納米材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710492212.X
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107159298A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 楊國海
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鉑鉛/氮摻雜石墨烯復合物納米材料及其制備方法，并涉及電化學催化的應用。

背景技術

目前，石墨烯作為一種具有單層碳原子結構的新型材料，是一種可能具有高效性能的替代載體。由于其獨特的物理和化學性質，已被廣泛應用于電子學、光子學、傳感器以及綠色能源等技術領域，參見：(a) X. Huang, Z. Y. Zeng, Z. X. Fan, J. Q. Liu, H. Zhang, Adv. Mater. 24(2012), 5979；(b) X. Li, H. Wang, J. T. Robinson, H. Sanchez, G. Diankov, H. Dai, J. Am. Chem. Soc. 131(2009), 15939. (c) D. Chen, L. H. Tang, J. H. Li, Chem. Soc. Rev. 39(2010], 3157。然而，石墨烯單獨存在時容易發生團聚，且與其他金屬制成復合材料時，由于石墨烯是一種二維敞開體系，使得金屬顆粒和石墨烯發生團聚或石墨烯不能有效地阻止金屬顆粒的體積膨脹。為了進一步增強石墨烯的各種性能，除了從形態學上控制，摻雜外來原子也是增強石墨烯性能的一種重要方法。對石墨烯等碳基材料摻雜外來原子可以修飾內部結構，使其表面負 載自由電荷密度增大，進而導電導熱等性能得到增強。

目前，人們通過氮摻雜改變石墨烯表面化學性質，創造拓撲缺陷，調節石墨烯的電子結構。相比于石墨烯，氮摻雜石墨烯具有更大的比表面積、更好的熱穩定性、良好的電學以及機械特性，在鋰離子電池和超級電容器等方面都表現出了較高的效率，尤其是具有優越的電化學催化能力。參見：(d) C. Tang, H. Wang, H. Wang, Q. Zhang, G. Tian , J. Nie, F. Wei, Adv. Mater. 27(2015), 4516；(e) Y. Ding, P. Kopold, K. Hahn, P. A. van Aken, J. Maier, Y. Yu, Adv. Funct. Mater. 26(2016), 1112；(f) H. Cui, H. Yu, J. Zheng, Z. Wang, Y. Zhu, S. Jia, J. Jia, Z. Zhu, Nanoscale 8(2016), 2795。但是，氮摻雜石墨烯仍存在氮活性位點缺失等不足，從而導致其光電催化等性能不穩定。因此，有必要進一步對氮摻雜石墨烯進行改性，使其具有更加優異而穩定的化學性能。

而鉑鉛兩元催化劑也具有優越的電化學催化能力，它能夠解決由類一氧化碳物質所引發的鉑催化劑中毒的問題，調控金屬鉑的電子能帶結構，增大電化學活性面積，從而提高鉑基催化劑的電化學活性，比起其它對應的單金屬或混合的催化材料，表現出了更好的電化學催化效果。參見：(g) Y. Kang, L. Qi, M. Li, R. E. Diaz, D. Su, R. R. Adzic, E. Stach, J. Li, C. B. Murray, ACS Nano 6(2012), 2818；(h) D. Chen, Z. Zhou, Q. Wang, D. Xiang, N. Tian, S. Sun, Chem. Commun. 46(2010), 4252；(i) D. Chen, Y. Zhao, Y. Fan, X. Peng, X. Wang, J. Tian, J. Mater. Chem. A 1(2013), 13227。

鑒于氮摻雜石墨烯和鉑鉛兩元催化劑均具有優良的電化學催化性能，可將兩種材料復合在一起形成復合材料，預期具有比兩者單獨更加優異的性能，可進一步擴寬其應用領域。通過合金化效應，以及鉑與鉛之間的電子離域化改變了鉑-鉛納米粒子的電子結構，使得這些納米粒子更難給出或失去電子（比如氧化），阻止了通過形成鉑-氧鍵所引起的Pt的溶散。同時合金納米粒子與氮摻雜石墨烯之間特殊的相互作用，使粒子能均勻地分散在納米片表面，能極大地增強催化性并提高穩定性。參見：(j) Z. Cui, H. Chen, M. Zhao, F. J. DiSalvo, Nano Lett. (4)2016, 2560;(k) G. Yang, Y. Li, R. Kumar Rana, J. Zhu, J. Mater. Chem. A 1(2013), 1754.但是，關于鉑鉛/氮摻雜石墨烯復合物納米材料的制備及其在電化學催化領域的應用目前還未見公開報道。因此，開發鉑鉛/氮摻雜石墨烯的復合材料作為催化劑具有重要的研究意義。

發明內容