[發明專利]一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010576868.1
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111715259B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 李金陽;梁夢妮;周祚萬;蔣虎南;鄧涵鵬;彭富喜
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/00;B01J35/10;B82Y30/00;B82Y40/00;H01M4/90
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 軒勇麗

1.一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：制備鐵/氮前驅體：將二茂鐵或二茂鐵衍生物和含氮化合物按照質量比1：(3-5)充分研磨混合均勻，得到鐵/氮前驅體混合物；

步驟2：同步分解熏蒸制備復合材料前驅體：將制備的氧化石墨烯氣凝膠置于熏蒸反應器皿上層，鐵/氮前驅體置于熏蒸反應器皿下層，在惰性氣體保護條件下，將熏蒸反應器皿置于高溫氣氛爐中，通惰性氣體形成惰性氛圍，后以5-10℃/min的速度升溫至400-1000℃，保溫2-6h，隨后在惰性氣體氛圍中冷卻至室溫，得到復合材料前驅體；

步驟3：將復合材料前驅體在強酸或強堿中清洗，去除非催化活性物質，冷凍干燥即可得到石墨烯負載納米鐵基復合電催化復合材料。

2.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，所述二茂鐵衍生物為熔點高于120℃，分解溫度高于180℃二茂鐵衍生物，包括含有酰基、酰胺、酰腙基團的二茂鐵衍生物中的任意一種或幾種；所述含氮化合物包括尿素、三聚氰胺、聚苯胺、對苯二胺、8-羥基喹啉中的任意一種或幾種。

3.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯氣凝膠的添加量占所述鐵/氮前驅體和氧化石墨烯氣凝膠總質量的30-40％。

4.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，所述熏蒸反應器皿置于高溫氣氛爐中后，先以180-220sccm的氣體流速通入惰性氣體25-35min，形成惰性氛圍；然后降低惰性氣體氣體流量至20-80sccm繼續通入惰性氣體。

5.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟2中所述氧化石墨烯氣凝膠的制備方法為：先以非極性溶劑A洗凈氧化石墨，按照重量比為氧化石墨：極性溶劑B＝(5-8)：(92-95)，將洗凈的氧化石墨在極性溶劑B中進一步解離成為棕色或栗色凝膠狀氧化石墨烯，后在惰性氣體氛圍中-40～-60℃低溫冷凍干燥24-48h，得到表面積為100-150m²/g，孔容積為0.5-1.0cm³/g，粘度為300-650mPa·s的氧化石墨烯氣凝膠。

6.根據權利要求5所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨中O/C的重量比為1-1.7；所述非極性溶劑A為極性不大于5.0的乙醚、石油醚、四氫呋喃、乙醇任意一種或幾種；所述極性溶劑B為極性大于8的去離子水、N,N-二甲基甲酰胺、甲基乙酰胺任意一種或幾種。

7.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟3中所述的強酸或強堿為0.1M KOH、0.1M HClO₄或0.5M H₂SO₄溶液。

8.根據權利要求1所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料的制備方法，其特征在于，所述熏蒸反應器皿為莫來石、石墨、剛玉、碳化硅制成的柱狀容器，通過中部設置的支架分為上層和下層連通的兩部分。

9.根據權利要求1-8任一項所述制備方法 制得的還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料。

10.根據權利要求9所述的一種還原氧化石墨烯負載鐵基納米顆粒復合電催化材料，其特征在于，所述復合電催化材料中還原氧化石墨烯負載的鐵基納米顆粒包括納米氧化鐵、碳化鐵、氮化鐵，所述納米氧化鐵、碳化鐵、氮化鐵的粒徑均為2-6nm，比表面積大于350m²/g，孔容積大于1.50cm³/g，Fe重量含量為7-10％，N重量含量為5-7％，O重量含量15-19％。