[發明專利]一種提高電子傳遞效能的黑色素/石墨烯納米復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011144144.6
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112349917B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 鄭雄;吳瑒;陳銀廣;黃海寧;胡婉瑩
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M8/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 金彥;許亦琳

本發明提供一種提高電子傳遞效能的黑色素/石墨烯納米復合材料及其制備方法和應用。該制備方法包括如下步驟：1)將黑色素與N,N?二甲基乙酰胺混合并加熱，得到黑色素溶液；2)將黑色素溶液、羧基化石墨烯和酸性溶液混合并加熱，得到第一混合物；3)將第一混合物進行煅燒，得到第二混合物；4)將第二混合物進行超聲處理，得到第三混合物；5)將第三混合物進行洗滌和干燥，得到所述黑色素/石墨烯納米復合材料。該制備方法工藝簡單、成本低廉、周期短、環境友好，適用于工業化大規模生產，制備獲得的復合材料導電性能好，電子傳遞效能高，應用范圍廣，可應用在燃料電池產電、難降解有機物去除和重金屬還原等方面。

技術領域

本發明屬于新能源材料及其制備技術領域，特別是涉及一種提高電子傳遞效能的黑色素/石墨烯納米復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，石墨烯由于其比表面積大、導電性好、機械強度高等優點而受到廣泛關注。為了進一步提升石墨烯的電化學性能，研究者們一方面通過在石墨烯中摻雜非金屬雜原子(如N，S，P等)來調諧它的導電性能，另一方面也有研究者通過將石墨烯與其他物質進行復合，制備復合材料(如Co₃O₄/石墨烯復合材料和Pt/Pb/石墨烯復合材料)來提高石墨烯的電化學性能。然而，目前的復合材料或者摻雜材料面臨著制備工藝復雜、成本較高等缺陷，限制了它們在實際中的大量生產和廣泛應用。

近年來研究發現，一些生物色素作為氧化還原反應的介體對各種難降解有機污染物的去除起到催化作用。其中，黑色素作為一種微生物自身分泌的氧化還原介質，具有優異的電子傳遞性能和獨特的非晶形半導體性質，引起了研究者的廣泛關注。然而，黑色素會隨出水而流失，對環境造成二次污染，而為保證電化學效能，持續投加黑色素也造成了運行成本增加的問題，限制了黑色素的進一步應用。

鑒于石墨烯原材料的導電性能和黑色素的電子傳遞特性，如果能將兩種材料復合在一起，形成一種非金屬的復合材料，這即提高了石墨烯的電化學性能，同時可實現對黑色素的固定。該復合材料預期將具有比兩者單獨更加優異的性能，可進一步拓寬其應用領域。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種提高電子傳遞效能的黑色素/石墨烯納米復合材料及其制備方法和應用。該制備方法工藝簡單、成本低廉、周期短、環境友好，適用于工業化大規模生產，制備獲得的復合材料導電性能好，電子傳遞效能高，應用范圍廣，可應用在燃料電池產電、難降解有機物去除和重金屬還原等方面。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種黑色素/石墨烯納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將黑色素與N,N-二甲基乙酰胺混合并加熱，得到黑色素溶液；

2)將步驟1)得到的黑色素溶液、羧基化石墨烯和酸性溶液混合并加熱，得到第一混合物；

3)將步驟2)得到的第一混合物進行煅燒，得到第二混合物；

4)將步驟3)得到的第二混合物進行超聲處理，得到第三混合物；

5)將步驟4)得到的第三混合物進行洗滌和干燥，得到所述黑色素/石墨烯納米復合材料。

優選地，步驟1)中，還包括如下技術特征中的至少一項：

1)N,N-二甲基乙酰胺用于溶解黑色素，可以按照需要控制其用量，例如：黑色素的質量與N,N-二甲基乙酰胺的體積比可以為200mg:100mL～400mg:100mL，如200mg:100mL～300mg:100mL或300mg:100mL～400mg:100mL；

2)加熱溫度為55℃～65℃，如55℃～60℃或60℃～65℃。

優選地，步驟2)中，還包括如下技術特征中的至少一項：