[發(fā)明專利]一種石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710875006.7
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107829107B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王俊中;張會念;王俊英
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/00;C25B3/04
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）將電化學(xué)剝離的石墨烯漿料涂覆在導(dǎo)電支撐體上并放入多孔絕緣聚合物袋中作為陽極使用，陰極為純導(dǎo)電支撐體；

（2）將步驟（1）所制電極在含金屬源的電解池中電解，電解結(jié)束后分離出固體，并洗滌干凈，即得到負(fù)載有單分散金屬原子的石墨烯，電解液回收利用；

金屬源包含F(xiàn)e、Co、Ni、Cu、Zn中的一種或兩種以上；

（3）將步驟（2）所得單分散金屬原子/石墨烯固體與雜原子原料和金屬源混合均勻，然后將該混合物置于高溫惰性氣氛中進(jìn)行熱處理；

所述的雜原子原料包括氮源、磷源、硫源、硼源、雜原子摻雜的石墨烯/碳納米管中的一種或多種；所述氮源包括三聚氰胺、氨基酸、雙氰胺、尿素、聚乙烯亞胺、脂肪族不飽和胺中的一種或多種；所述硫源包括硫脲、硫氰酸銨、二芐基二硫中的一種或多種；所述磷源包括植酸、磷酸中的一種或兩種；所述硼源包括硼酸、氨基苯硼酸半硫酸鹽中的一種或兩種；

雜原子摻雜的石墨烯/碳納米管包含氮摻雜石墨烯/碳納米管、硫摻雜石墨烯/碳納米管、磷摻雜石墨烯/碳納米管、硼摻雜石墨烯/碳納米管、氮硫共摻雜石墨烯/碳納米管、氮磷共摻雜石墨烯/碳納米管、氮硼共摻雜石墨烯/碳納米管、硫磷共摻雜石墨烯/碳納米管、硫硼共摻雜石墨烯/碳納米管、磷硼共摻雜石墨烯/碳納米管、氮硫磷共摻雜石墨烯/碳納米管、氮硫硼共摻雜石墨烯/碳納米管、硫磷硼共摻雜石墨烯/碳納米管、氮硫磷硼共摻雜石墨烯/碳納米管中的一種；

（4）用酸洗滌掉步驟（3）熱處理后的石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合材料表面不穩(wěn)定的金屬顆粒，即得到石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（1）具體工藝為：將石墨烯原料壓制在導(dǎo)電支撐體兩表面，并裝入多孔絕緣聚合物袋中，作為正極使用，負(fù)極為純導(dǎo)電支撐體；陽極和陰極兩種類型的電極形成陣列，兩電極的間距為5 mm~30 mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：所述導(dǎo)電支撐體包含鈦合金、鎳箔、鈦箔中的一種；聚合物袋的平均孔徑在0.1 μm~25 μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述的電解池包括多個電極組成的電極陣列，多個電解池再形成電解池陣列；每一個電解池獨(dú)立由單個電源供電或者多個電解池并聯(lián)起來由單個電源供電；電源為直流電源或變頻的交流電源。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：所述的電極中，陰極和陽極之間的直流電壓控制在4 V~8 V；每次電解時間在2 h~72 h，然后交換電壓方向30 s~6 h；電解液為水系電解液或有機(jī)系電解液；電解體系的溫度控制在25 ℃~70 ℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：所述水系電解液包含可溶性金屬氯化物與鹽酸混合水溶液、可溶性金屬硫酸鹽與硫酸混合水溶液、可溶性金屬硝酸鹽與硝酸混合水溶液中的一種；

所述有機(jī)系電解液為含金屬的咪唑類離子液體和金屬鹽與咪唑類離子液體的混合物；所述含金屬的咪唑類離子液體中的金屬包括：Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一種或兩種以上；咪唑類離子液體包括：1-丁基3-甲基咪唑氯鹽或1-乙烯基3-甲基咪唑氯鹽。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/碳納米管負(fù)載單分散金屬原子復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（3）中，所述單分散金屬原子/石墨烯固體與雜原子原料的質(zhì)量比為1:1~1:100；

所述單分散金屬原子/石墨烯與雜原子原料的混合方式為液相超聲分散混合或球磨混合。