[發明專利]N-GQDs/AgPt中空樹突結構納米復合材料及其制備與應用

有效

• 申請號: 202110030676.5
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112599788B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 張東霞;邵濤;張乾坤;李金靈;赫世杰;周喜斌
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/92;H01M8/1011;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明公開了一種N?GQDs/AgPt中空樹突結構納米復合材料，是以附著在Ag表面的N?GQDs為載體，光照處理后通過置換反應使AgPt合金分別附著于N?GQDs內外兩側得到N?GQDs/AgPt中空樹突納米復合材料，制備簡單，提高了Pt的利用率，降低了生產成本。由于N?GQDs良好的分散性，AgPt的電子及雙功能效應，Ag/N?GQDs的光照處理以及特殊的中空樹突結構，大大地提高了對甲醇的電催化活性（其催化性能是商業Pt/C的21倍）和抗CO中毒能力，在DMFCs中具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域及電催化技術領域，具體涉及一種N-GQDs/AgPt中空樹突納米復合材料的制備方法，該納米復合材料主要作為催化劑用于甲醇氧化反應中。

背景技術

近年來，DMFCs以其燃料來源豐富、儲存方便、結構簡單、操作安全、持續供電時間長、體積能量密度高等優點而日益受到廣泛關注。貴金屬催化劑（主要是鉑）由于其有效的催化活性具有進一步改進的顯著潛力，被廣泛用作甲醇氧化反應（MOR）的陽極催化劑。但是，其差的抗CO中毒性，低的Pt利用率和高成本，嚴重阻礙了DMFCs的商業化。因此，在電催化領域中，很多研究都圍繞著Pt催化劑的更高效利用方面開展。而Pt基多金屬中空樹突結構催化劑由于比純Pt催化劑具有更高的催化活性和較低的Pt消耗而備受矚目。

利用可見光光照處理金屬納米顆粒的方式是一種簡潔且行之有效的方式。近年來，研究人員發現金屬納米顆粒的電磁、光學、催化等性能易受形貌和尺寸的影響。Ag納米顆粒由于其具有獨特的點學、催化及光學性能，因此通過光照調節Ag納米顆粒的形貌和性能在光電催化方面具有很好的應用前景。

Ag和Pt的雙金屬協同作用提高MOR催化性能的報道很少，因此Ag納米顆粒（AgNPs）的引入很受關注。首先，Ag與Pt具有相似的晶格常數，這有利于Ag與Pt的生長以及合金的形成。其次，由于Pt和Ag之間的雙功能效應，通常可以在與Ag合金化后提高Pt基催化劑的抗CO中毒能力。石墨烯量子點電導率高，比表面積大，化學性質穩定，是一種很好的催化劑載體。中空樹突結構因其具有很大的比表面積，在催化、儲能領域都有著巨大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的是提供一種N-GQDs/AgPt中空樹突結構納米復合材料的制備方法；

本發明的另一個目的是提供上述N-GQDs/AgPt中空樹突結構納米復合材料對于催化甲醇的性能進行研究，以期用于甲醇燃料電池的陽極催化劑。

一、N-GQDs/AgPt中空樹突納米復合材料的制備

（1）Ag/N-GQDs納米顆粒的制備：將氮摻雜的石墨烯量子點（N-GQDs）、硝酸銀加入去離子水中攪拌混合均勻，在80℃~100℃下反應20~40min，冷卻至室溫，離心，得到Ag/N-GQDs納米顆粒。其中，氮摻雜石墨烯量子點與硝酸銀的質量比為0.7:1~0.8:1。

（2）Ag/N-GQDs的光照處理：將Ag/N-GQDs納米顆粒陳化10~12h后，利用高壓鈉燈照射1~3h，得到光照處理后的Ag/N-GQDs納米顆粒。

（3）N-GQDs/AgPt中空樹突結構納米復合材料的制備：將光照處理后的Ag/N-GQDs納米顆粒加入去離子水中，依次加入還原劑抗壞血酸和氯鉑酸，室溫下反應40~60min；反應產物用乙醇和水離心洗滌去除殘留物，得到目標產物N-GQDs/AgPt中空樹突納米復合材料。其中，硝酸銀與氯鉑酸摩爾比為0.6:1~1.2:1；氯鉑酸與還原劑抗壞血酸的摩爾比為0.06:1~0.08:1；離心洗滌是以10000~13000轉/分的離心速度離心10~20min。

二、N-GQDs/AgPt中空樹突結構納米復合材料的結構

為考察催化劑中空樹突結構的結構，通過TEM、HRTEM、XPS、EDX等一系列手段進行物理結構表征，表征結果表明N-GQDs/AgPt中空樹突結構納米復合材料成功合成。