Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法及应用.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010252681.6 (22)申请日 2020.04.02 (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 申彦美卢士香徐文国 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 周蜜仇蕾安 (51)Int.Cl. H01M 4/86(2006.01) H01M 4/88(2006.01) H01M 4/92(2006.01) H01M 8/1011(2016.01) (54)发明名称 一种Pt/rGO/PDA。

2、NF复合材料的制备方法及 应用 (57)摘要 本发明涉及一种Pt/rGO/PDANF复合材料的 制备方法及应用， 属于材料表面制备技术领域。 本发明所述方法较为简便且易于操作， 在制备过 程中会保持泡沫镍作为金属的性质， 同时在泡沫 镍表面粘结聚多巴胺， 不仅能为之后紧密结合石 墨烯提供基础， 聚多巴胺本身的还原性也会促使 氧化石墨烯在制备过程中进行还原， 并且负载的 二维石墨烯大大提高了材料的导电性能， 也为铂 纳米粒子的负载提供了活性位点， 尽可能的减少 铂纳米粒子在制备过程中产生的自发团聚现象， 采用该方法所制备的Pt/rGO/PDANF复合材料对 乙醇电催化具有良好的电化学活性以及长时。

3、间 的循环稳定性， 而且可以作为电化学测试的工作 电极使用。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 111490255 A 2020.08.04 CN 111490255 A 1.一种Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法， 其特征在于： 所述方法步骤如下， 先将泡沫镍浸入pH为88.5的多巴胺水溶液中， 静置反应1h3h后， 从多巴胺水溶液 中取出泡沫镍并清洗， 然后将清洗后的泡沫镍置于浓度为0.1mg/mL0.5mg/mL的氧化石墨 烯的悬浮液中， 在5565下反应1h3h后， 从氧化石墨烯的悬浮液中取出泡沫镍并清 洗， 再将清洗后的泡沫镍置于加入过量还原剂的PtCl4溶液中， 。

4、在5565下反应30min 80min后， 从PtCl4溶液中取出泡沫镍并清洗， 最后将清洗后的泡沫镍置于100200 下退火处理1.5h2.5h， 得到Pt/rGO/PDANF复合材料； 其中， 还原剂为抗坏血酸或硼氢化钠。 2.根据权利要求1所述的Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法， 其特征在于： 多巴胺水 溶液的浓度为10mg/mL50mg/mL。 3.根据权利要求1所述的Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法， 其特征在于： PtCl4溶液 中， PtCl4的浓度为1mmol/L5mmol/L。 4.采用权利要求1至3任一项所述方法制备的Pt/rGO/PDANF复合材料的应。

5、用， 其特征 在于： 在碱性电解液中进行电化学测试时， Pt/rGO/PDANF复合材料直接作为工作电极使 用。 5.采用权利要求1至3任一项所述方法制备的Pt/rGO/PDANF复合材料在乙醇电催化剂 中的应用。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111490255 A 2 一种Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法及应用 技术领域 0001 本发明涉及一种Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法及应用， 属于材料表面制备 技术领域。 背景技术 0002 在当前资源匮乏的条件下， 新能源的研究已经成为当前世界的研究热点， 其中直 接乙醇燃料电池作为一种具有超大能量密度并且绿色环保的新型。

6、能源受到广泛关注。 乙醇 转化效率的优劣是衡量直接乙醇燃料电池好坏的重要条件， 由此也就意味着乙醇电催化剂 材料的制备有着重要研究意义。 0003 贵金属铂(Pt)对乙醇具有良好的电催化活性， 由于其能在电化学反应进程中破坏 乙醇的C-C键， 从而使得乙醇的转化效率得到大幅度提高。 金属纳米粒子在多相催化中发挥 着独特的优势， 因此纳米颗粒的制备以及该项技术的应用都得到了广泛研究。 然而金属纳 米粒子因其较强的表面能和范德华力之间的互相影响， 不可避免的在制备过程中会发生纳 米粒子团聚现象， 这也导致了纳米粒子不能充分发挥其优异性能。 为了减少上述粒子团聚 现象的出现， 提高纳米粒子的使用率，。

7、 所以研究出以下方法： 一是在制备过程中掺杂其他金 属制成合金纳米粒子， 发挥双金属的协同作用以提高纳米粒子的性能； 二是改变金属纳米 材料的形貌， 例如双金属制成核壳形貌以提高贵金属的使用率； 三是使用具有较好化学稳 定性的碳基材料， 例如石墨烯或者碳纳米管等。 0004 石墨烯因其具有较大的比表面积， 超高的导电率以及化学稳定性得到广泛应用， 主要的制备方法包括机械剥离法、 外延生长法、 化学气相沉淀法和氧化还原法。 泡沫镍是一 种三维网络状结构， 具有较大的表面积和优良的导电性， 作为一种金属材料也得到了各类 研究的关注。 虽然各类物质都有着各自的优势， 但金属纳米颗粒易发生聚集并尺寸大。

8、小不 易控制， 石墨烯会分散不均匀或在金属基底上沉积， 以及如何使各类物质紧实的结合起来， 这些问题都需要深入研究。 如何将上述这些材料综合在一起， 扬长避短的发挥各自优势， 获 得一种在泡沫镍基底上负载石墨烯及铂金属纳米粒子的材料， 是目前亟需解决的技术问 题， 能够为直接乙醇燃料电池的实际应用提供理论研究依据具有重要意义。 发明内容 0005 针对目前乙醇电催化剂研究中存在的问题， 本发明提供一种泡沫镍(NF)基底负载 还原氧化石墨烯(rGO)、 铂(Pt)以及聚多巴胺(PDA)复合材料(即Pt/rGO/PDANF复合材料) 的制备方法及应用， 该方法制备工艺简单， 操作便利， 制备出的复。

9、合材料对乙醇电催化具有 良好的电化学活性以及长时间的循环稳定性， 而且可以作为电化学测试的工作电极使用。 0006 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 0007 一种Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法， 所述方法步骤如下： 0008 先将泡沫镍浸入pH为88.5的多巴胺水溶液中， 静置反应1h3h后， 从多巴胺水 溶液中取出泡沫镍并清洗， 然后将清洗后的泡沫镍置于浓度为0.1mg/mL0.5mg/mL的氧化 说明书 1/4 页 3 CN 111490255 A 3 石墨烯(GO)的悬浮液中， 在5565下反应1h3h后， 从氧化石墨烯的悬浮液中取出泡 沫镍并清洗， 再将清洗后的泡沫。

10、镍置于加入过量还原剂的PtCl4溶液中， 在5565下反 应30min80min后， 从PtCl4溶液中取出泡沫镍并清洗， 最后将清洗后的泡沫镍置于100 200下退火处理1.5h2.5h， 得到Pt/rGO/PDANF复合材料。 0009 其中， 还原剂为抗坏血酸或硼氢化钠。 0010 优选地， 多巴胺水溶液的浓度为10mg/mL50mg/mL。 0011 优选地， PtCl4溶液中， PtCl4的浓度为1mmol/L5mmol/L。 0012 在碱性电解液中进行电化学测试时， 采用本发明所述方法制备的Pt/rGO/PDANF 复合材料可以直接作为工作电极使用。 0013 采用本发明所述方法。

11、制备的Pt/rGO/PDANF复合材料在乙醇电催化剂中的应用。 0014 有益效果： 0015 本发明所述Pt/rGO/PDANF复合材料的制备方法较为简便且易于操作， 在制备过 程中会保持泡沫镍作为金属的性质， 同时在泡沫镍表面粘结聚多巴胺， 不仅能为之后紧密 结合石墨烯提供基础， 聚多巴胺本身的还原性也会促使氧化石墨烯在制备过程中进行还 原， 并且负载的二维石墨烯大大提高了材料的导电性能， 也为铂纳米粒子的负载提供了活 性位点， 尽可能的减少铂纳米粒子在制备过程中产生的自发团聚现象， 因此所制备的Pt/ rGO/PDANF复合材料能够对乙醇的电催化反应产生良好的催化活性。 附图说明 001。

12、6 图1是实施例1制备的Pt/rGO/PDANF复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图。 0017 图2是实施例1制备的Pt/rGO/PDANF复合材料分别在1mol/L的KOH溶液中以及 1mol/L的KOH和1mol/L乙醇的混合溶液中， 100mV/s的扫描速度下的CV曲线对比图。 0018 图3是对比例1制备的Pt/GO/PDANF复合材料的扫描电子显微镜图。 0019 图4是对比例1制备的Pt/GO/PDANF复合材料以及实施例1制备的Pt/rGO/PDANF 复合材料分别在1mol/L的KOH和1mol/L乙醇的混合溶液中， 100mVs-1的扫描速度下的CV曲 线对比图。 0020。

13、 图5是实施例1制备的Pt/rGO/PDANF复合材料在1mol/L的KOH和1mol/L的乙醇混 合液中， 100mV/s的扫描速度下测得的300圈CV曲线的前扫峰电流值的曲线图。 具体实施方式 0021 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述， 其中， 所述方法如无特别 说明均为常规方法， 所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。 0022 以下实施例中： 0023 超声波清洗器： KQ-100B型， 昆山禾创超声仪器有限公司； 0024 集热式磁力搅拌器： HT-8型， 常州国华电器有限公司； 0025 电子分析天平： AR1140， 奥豪斯国际贸易(上海)有限公司； 00。

14、26 电热鼓风干燥箱： 101-1AB， 天津市泰斯特仪器有限公司； 0027 氧化石墨烯的制备： 在250mL三口烧瓶中加入0.75g石墨粉和4.85g高锰酸钾固体， 之后配制100mL体积比为9:1的浓硫酸(质量分数为98)和浓磷酸(质量分数为85)的混 说明书 2/4 页 4 CN 111490255 A 4 合强酸， 然后在0以及机械搅拌的实验条件下， 将混合强酸缓慢加入到上述已经放置完药 品的三口烧瓶中， 随后将三口烧瓶置于50油浴条件中回流反应12h， 反应完毕后将三口烧 瓶从油浴中取下冷却至室温， 再将三口烧瓶中的反应液与100g冰混合， 再缓慢滴加0.75mL 质量分数为30的。

15、双氧水， 搅拌均匀后待反应完全对反应液进行离心， 并将离心所得反应 产物用盐酸进行洗涤， 最后将产物置于纯净水中用聚偏二氟乙烯膜(PVDF膜)进行过滤至pH 值为中性， 最后在室温下干燥， 备用。 0028 实施例1 0029 (1)将尺寸为20mm10mm1mm的泡沫镍(NF)依次使用盐酸、 纯净水、 丙酮、 乙醇、 纯净水分别进行超声洗涤30min以去除NF表面的油脂等杂质， 最后烘干备用； 0030 (2)配制浓度为20mg/mL多巴胺溶液， 并使用0.5mol/L氢氧化钠溶液将多巴胺溶液 pH值调至8.5， 然后将步骤(1)烘干后的泡沫镍竖直浸入多巴胺溶液中2h； 0031 (3)将泡。

16、沫镍从多巴胺溶液中取出， 并用蒸馏水进行清洗； 0.5mg/mL的GO的悬浮液 先超声分散2.5h， 再将上述清洗后的泡沫镍置于GO的悬浮液中， 在60反应3h； 0032 (4)将泡沫镍从GO的悬浮液中取出并用蒸馏水进行清洗， 再将清洗后的泡沫镍置 于加入抗坏血酸的PtCl4溶液(PtCl4浓度为3mmol/L)中， 在60下反应80min； 0033 (5)将泡沫镍从PtCl4溶液中取出， 并用蒸馏水清洗， 再将清洗后的泡沫镍置于200 下退火处理2h， 得到Pt/rGO/PDANF复合材料。 0034 从图1中可以看出， 所制备的Pt/rGO/PDANF复合材料表面的Pt纳米粒子尺寸大概。

17、 为10nm70nm， 并且这些粒子显示为较为均匀的球形。 另外， 图1中也清楚的展现了薄纱状 的rGO， 这也表明了rGO成功负载在了泡沫镍表面。 0035 根据图2的测试结果可知， 所制备的Pt/rGO/PDANF复合材料在1mol/L的KOH溶液 中的CV曲线没有明显的氧化峰变化趋势， 但在加入乙醇的电解液(即1mol/L的KOH和1mol/L 乙醇的混合溶液)中出现了两个氧化峰， 这也表明了Pt/rGO/PDANF复合材料对乙醇具有显 著的电催化活性。 0036 为了探究Pt/rGO/PDANF复合材料的稳定性， 将其进行300圈循环测试， 测试结果 详见图5。 从图5中可以看出， P。

18、t/rGO/PDANF复合材料在40圈左右达到最大峰电流值， 之后 出现衰减趋势， 在循环300圈之后峰电流值保持在57， 这说明Pt/rGO/PDANF复合材料具 有良好的循环稳定性， 在长时间的循环测试中， Pt/rGO/PDANF复合材料可以达到较高的利 用效率。 0037 对比例1 0038 (1)将尺寸为20mm10mm1mm的泡沫镍(NF)依次使用盐酸、 纯净水、 丙酮、 乙醇、 纯净水分别进行超声洗涤30min以去除NF表面的油脂等杂质， 最后烘干备用； 0039 (2)配制浓度为20mg/mL多巴胺溶液， 并使用0.5mol/L氢氧化钠溶液将多巴胺溶液 pH值调至8.5， 然后。

19、将步骤(1)烘干后的泡沫镍竖直浸入多巴胺溶液中2h； 0040 (3)将泡沫镍从多巴胺溶液中取出， 并用蒸馏水进行清洗； 0.5mg/mL的GO的悬浮液 先超声分散2.5h， 再将上述清洗后的泡沫镍置于GO的悬浮液中， 在60反应3h； 0041 (4)将泡沫镍从GO的悬浮液中取出并用蒸馏水进行清洗， 再将清洗后的泡沫镍置 于加入抗坏血酸的PtCl4溶液(PtCl4浓度为3mmol/L)中， 在60下反应80min， 之后从PtCl4 溶液中取出泡沫镍并用蒸馏水清洗， 得到Pt/GO/PDANF复合材料。 说明书 3/4 页 5 CN 111490255 A 5 0042 由图3可知， 所制备。

20、的Pt/GO/PDANF复合材料表面的Pt纳米粒子尺寸大致为20nm 80nm， 与实施例1中制备的Pt/rGO/PDANF复合材料中的Pt纳米粒子尺寸相似， 但是图3中 的rGO没有很清晰的显示出来。 0043 从图4中可以明显看出， 实施例1所制备的Pt/rGO/PDANF复合材料的峰电流值要 比对比例1所制备的Pt/GO/PDANF复合材料的峰电流值高。 前扫峰电流和后扫峰电流值之 比(If/Ib)是评价催化剂性能的一项标准， 对图4中数据分析得到Pt/rGO/PDANF复合材料和 Pt/GO/PDANF复合材料的If/Ib值分别是0.85和0.69， 这说明了Pt/rGO/PDANF复合材料具 有更好的乙醇催化活性。 0044 综上所述， 以上仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的 保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 111490255 A 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 111490255 A 7 图3 图4 说明书附图 2/3 页 8 CN 111490255 A 8 图5 说明书附图 3/3 页 9 CN 111490255 A 9 。