本發(fā)明涉及一種三維石墨烯-貴金屬納米催化劑的制備方法,屬于材料合成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
貴金屬主要包括金、銀、鉑族(鋨、銥、鉑、釕、銠、鈀)等金屬,其在材料、化學(xué)化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。貴金屬自身大都具有很高的催化活性,可是由于它們存儲量十分稀缺,因此價格昂貴。貴金屬催化劑的活性受很多因素影響,除了受金屬本身的影響,還與其表面積、孔隙率和載體的性質(zhì)等因素有關(guān),為此要想制備高效催化劑,降低催化劑成本,其中的活性物質(zhì)就要實現(xiàn)充分微?;?,使比表面積增大。但是貴金屬單獨實現(xiàn)微?;惶菀?,一方面是因為得到的粒子不穩(wěn)定;另一方面粒子在制備過程中易長大團聚。目前常用的解決辦法就是把催化劑的活性物質(zhì)充分分散在合適載體表面。
石墨烯因為其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)及熱學(xué)性能,在材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。石墨烯具有較大的比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及導(dǎo)電性等優(yōu)點,理論上是貴金屬納米粒子的優(yōu)異載體,但由于石墨烯表面能很高,二維的石墨烯片層之間極易團聚,大大降低了其實際性能,將二維石墨烯組裝成三維石墨烯是防止石墨烯團聚的一種有效方法。常規(guī)的三維石墨烯一般通過冷凍干燥法制備,采用這種方法制備的三維石墨烯機械穩(wěn)定性較差,遇溶劑后結(jié)構(gòu)會坍塌,因此負載貴金屬納米粒子后對復(fù)合材料的性能仍提升有限。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對背景技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明提供一種三維石墨烯-貴金屬納米催化劑的制備方法,通過下述步驟制得:
1、一種三維石墨烯-貴金屬納米催化劑的制備方法,其特征在于,制備過程包括以下步驟:
a、將氧化石墨烯超聲分散于水中,制備一定濃度的氧化石墨烯分散液;然后與貴金屬化合物、交聯(lián)劑混合;在水熱反應(yīng)釜中一定溫度下水熱反應(yīng)12h,形成的水凝膠干燥,得到干凝膠;
b、將步驟a得到的干凝膠在氬氣下,一定溫度下煅燒,得到三維石墨烯-貴金屬納米催化劑。
上述步驟a所述的氧化石墨烯的濃度為1-20mg/ml;
上述步驟a所述的交聯(lián)劑為三聚氰胺甲醛樹脂、苯酚甲醛樹脂或尿醛樹脂;
上述步驟a所述氧化石墨烯和交聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:1~1:10;
上述步驟a所述的水熱反應(yīng)的溫度為120~180℃;
上述步驟a所述的貴金屬化合物為氯鉑酸、氯鈀酸銨、氯金酸、硝酸銀、氯化釕;
上述步驟b所述的煅燒溫度為550~850℃加熱。
本發(fā)明的有益效果是:該法制得的三維石墨烯-貴金屬納米催化劑,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,具有較大的比表面積,納米粒子在石墨烯表面分散均勻,克服了常規(guī)三維石墨烯-貴金屬納米催化劑易團聚不穩(wěn)定的缺點。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖1:本發(fā)明制備的納米鉑-三維石墨烯復(fù)合材料透射電鏡圖;
圖2:本發(fā)明制備的納米鈀-三維石墨烯復(fù)合材料透射電鏡圖;
圖3:本發(fā)明制備的納米金-三維石墨烯復(fù)合材料透射電鏡圖;
圖4:本發(fā)明制備的納米銀-三維石墨烯復(fù)合材料透射電鏡圖;
圖5:本發(fā)明制備的納米釕-三維石墨烯復(fù)合材料透射電鏡圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例,進一步詳細地描述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實施例只是為了舉例說明本發(fā)明,而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
實施例1:
(1)用改良hummers法,在500ml容器中依次加入120ml濃硫酸、13.3ml濃磷酸,攪拌,在水浴下慢慢升溫至50℃,加入1g石墨粉、6g高錳酸鉀,攪拌12h,溶液倒入含10ml過氧化氫溶液的冰塊上,攪拌冷卻至室溫,過濾未反應(yīng)的固體。離心洗滌至中性,干燥,得氧化石墨烯;
(2)稱取0.015ggo,加入15ml二次蒸餾水,超聲2min,加入1ml的甲醛和0.35g三聚氰胺,2ml4mg/ml的氯鉑酸水溶液,輕輕攪拌;180℃下水熱反應(yīng)12h。將所得固體在80℃下干燥,得到交聯(lián)劑支撐的干凝膠;
(3)將干凝膠,在氬氣氛下,管式爐先以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,再以10℃/min的升溫速率升溫至550℃,并保溫3h,之后待溫度降至室溫后去取出產(chǎn)品,得到三維石墨烯-鉑納米催化劑。
實施例2:
(1)氧化石墨烯的制備方法同實施例1。
(2)稱取0.15ggo,加入30ml二次蒸餾水,超聲2min,加入1ml的甲醛和0.15g苯酚,20mg氯鈀酸銨,輕輕攪拌;160℃下水熱反應(yīng)12h。將所得固體在冷凍干燥,得到交聯(lián)劑支撐的干凝膠;
(3)將干凝膠,在氬氣氛下,管式爐先以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,再以10℃/min的升溫速率升溫至650℃,并保溫3h,之后待溫度降至室溫后去取出產(chǎn)品,得到三維石墨烯-鈀納米催化劑。
實施例3:
(1)氧化石墨烯的制備方法同實施例1。
(2)稱取0.15ggo,加入15ml二次蒸餾水,超聲2min,加入2ml的甲醛和0.7g尿素,2ml4mg/ml的氯金酸水溶液,輕輕攪拌;140℃下水熱反應(yīng)12h。將所得固體在80℃下干燥,得到交聯(lián)劑支撐的干凝膠;
(3)將干凝膠,在氬氣氛下,管式爐先以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,再以10℃/min的升溫速率升溫至750℃,并保溫3h,之后待溫度降至室溫后去取出產(chǎn)品,得到三維石墨烯-金納米催化劑。
實施例4:
(1)氧化石墨烯的制備方法同實施例1。
(2)稱取0.3ggo,加入20ml二次蒸餾水,超聲2min,加入1ml的甲醛和0.35g三聚氰胺,40mg硝酸銀,輕輕攪拌;120℃下熱反應(yīng)12h。將所得固體在80℃下干燥,得到交聯(lián)劑支撐的干凝膠;
(3)將交聯(lián)劑支撐的干凝膠,在氬氣氛下,管式爐先以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,再以10℃/min的升溫速率升溫至850℃,并保溫3h,之后待溫度降至室溫后去取出產(chǎn)品,得到三維石墨烯-銀納米催化劑。
實施例5:
(4)氧化石墨烯的制備方法同實施例1。
(5)稱取0.3ggo,加入15ml二次蒸餾水,超聲2min,加入1ml的甲醛和0.35g三聚氰胺,40mg氯化釕,輕輕攪拌;120℃下熱反應(yīng)12h。將所得固體在80℃下干燥,得到交聯(lián)劑支撐的干凝膠;
(6)將交聯(lián)劑支撐的干凝膠,在氬氣氛下,管式爐先以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,再以10℃/min的升溫速率升溫至550℃,并保溫3h,之后待溫度降至室溫后去取出產(chǎn)品,得到三維石墨烯-釕納米催化劑。