一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素、制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素的制备及其应用方法。包括如下步骤：取细菌纤维素浸于盐酸溶液，边搅拌边加入苯胺反应数小时；向前述烧杯中逐滴加入溶有过硫酸铵的盐酸，搅拌；洗涤反应后的细菌纤维素并冷冻干燥；细菌纤维素在氮气中煅烧数小时即得氮掺杂细菌纤维素；将氮掺杂细菌纤维素分散于去离子水、乙醇和全氟磺酸的混合溶液中，超声均匀后滴于玻碳电极上，室温干燥，即得氮掺杂细菌纤维素修饰电极；前述电极在氯铂酸的盐酸液中，恒电位沉积，即得铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素修饰电极；将前述电极浸入硫酸溶液中；线性扫描伏安法考察电极的析氢活性；结果证明该复合物具有良好的电解水析氢性能。

A noble metal loaded nitrogen doped bacterial cellulose, preparation and Application

The invention relates to the preparation and application of a noble metal loaded nitrogen doped bacterial cellulose. The following steps are as follows: leaching of bacterial cellulose in hydrochloric acid solution, adding aniline for several hours by mixing edge, adding hydrochloric acid that dissolves ammonium persulfate in the beaker, stirring the bacterial cellulose after washing reaction, and calcining the bacterial cellulose in nitrogen for several hours to get nitrogen doped bacterial cellulose. The nitrogen doped bacterial cellulose is dispersed in a mixed solution of deionized water, ethanol and perfluorosonic acid, and then dripping on a glassy carbon electrode and drying at room temperature, that is, the nitrogen doped bacterial cellulose modified electrode; the former electrode is deposited in the hydrochloric acid solution of chloroplatinic acid, that is, the platinum nanoparticles are loaded with nitrogen doped bacterial fiber. The former electrode was immersed in the sulfuric acid solution, and the hydrogen evolution activity of the electrode was investigated by linear sweep voltammetry. The results showed that the complex had good hydrogen evolution performance in electrolysis.

【技术实现步骤摘要】
一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素、制备及应用
本专利技术涉及铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素的制备
，具体涉及一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素、制备及应用。
技术介绍
化石燃料的大量使用不仅加剧了能源危机，还产生了大量的环境问题。作为可再生的清洁能源之一，氢能源正受到越来越多的关注。目前，光电催化产氢是较为常用的制氢方法。光电催化产氢的效率则与光、电催化材料密切相关。因此，开发高效、价廉的光、电催化析氢材料具有非常重要的现实和环境意义。目前常用的电催化析氢材料，多为贵金属铂族金属颗粒或其复合物。尽管铂在电催化析氢材料中广泛应用，但是最为贵金属元素，其制造成本很高。为了能获得较为廉价且高效的电催化析氢材料，研究人员采用了降低铂的使用量的思路并取得了一定的进展。为了使铂使用量降低，就需要将铂更好地分散在材料的表面。因此，寻找合适的模板材料尤为关键。
技术实现思路
碳质材料一般具有良好的分散性能，且大多具有良好的光、电特性。细菌纤维素具有类似碳纳米管的结构且有良好的分散和复合特性，但是导电性较弱。因此，若能提高其导电性能，并使其与铂金属颗粒复合，不仅可以开发细菌纤维素的新用途，还能进一步提高铂金属颗粒的分散性能，进而减少铂的使用量。鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术首要目的是提出一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素,其制备方法包括以下步骤：(1)选用清洁的细菌纤维素置于烧杯中，盐酸溶液完全浸没细菌纤维素，边搅拌边加入苯胺；(盐酸主要是提供酸性介质)(2)向步骤(1)的烧杯中逐滴加入溶有过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌反应，过硫酸铵是氧化剂，将苯胺单体氧化为聚苯胺；(3)步骤(2)的反应产物洗涤、冷冻干燥；(4)将步骤(3)得到的细菌纤维素在氮气氛围下煅烧即得氮掺杂细菌纤维素；(氮气的作用主要有三种，可以作为保护气；可以增加导电性，另外也可以产生缺陷位，提高催化活性)(5)将步骤(4)得到的氮掺杂细菌纤维素分散于去离子水和乙醇的混合溶液中，加入全氟磺酸溶液，超声直至溶液完全均匀；(全氟磺酸是一种胶黏物质，为了使修饰在电极上的物质固定在电极表面，不随着反应条件改变或者搅拌，或者长期使用而流失失效)(6)滴取步骤(5)制备的溶液于洁净的玻碳电极上，室温干燥，即得氮掺杂细菌纤维素修饰电极；(7)将步骤(6)修饰电极作为工作电极与铂电极及饱和甘汞电极组成三电极体系，在氯铂酸溶液盐酸溶液中，恒电位法进行沉积，取出电极洗净后干燥，即得铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素。作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤⑴所述的细菌纤维素的质量为10～50克，盐酸的体积为50～200毫升，苯胺的体积为20～300微升，搅拌时间10～30小时。作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤⑵所述盐酸的体积与步骤⑴盐酸的体积比为0.9:1～1.1:1，过硫酸铵的质量为0.2～4克，搅拌时间2～8小时。作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤⑶所述的冷冻干燥时间为20～40小时。作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤⑷所述的煅烧温度为600～900度，时间为1.5～3小时，升温速率为1～5度/分钟。作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤⑸所述的氮掺杂细菌纤维素的质量为2～5毫克，去离子水与乙醇的体积比为4～5:1，全氟磺酸体积为20～80微升。作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤⑹所述的氮掺杂细菌纤维素的溶液体积为3～10微升。作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤⑺所述的恒电位的沉积电压为-0.5～0.2伏，沉积时间为5～200秒。本专利技术另一目的是提供上述铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素复合物在电解水析氢方面的应用方法。电解水析氢的操作过程如下：a)硫酸溶液通氮气后加入至烧杯中，以修饰了材料的玻碳电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。连接好三电极体系后浸入硫酸溶液中。b)合理设置起始电位，扫描速率及灵敏度，利用线性扫描伏安法考察铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素电极的电解水析氢活性。c)将相对于饱和甘汞电极的电位转换为相对于标准氢电极，采用公式：ERHE＝ESCE+0.059pH+0.242V，即得铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素的极化曲线。其中：步骤a)所述的通氮气时间为20～60分钟，硫酸的浓度为0.1～0.5摩尔/升。步骤b)所取用的起始电位为-0.1V，结束电位为-0.7V，扫描速度为5mVs-1，灵敏度为10-2。相对于现有技术，本专利技术取得了以下有益效果：1、在外加氮源的几种物质中，聚苯胺廉价，环境友好，聚合过程氮掺杂均匀，且可以通过试剂的配比合理控制掺氮的比例。2、步骤⑴-⑶所得的氮掺杂细菌纤维素含氮量(质量百分数)在4％～20％，这样得到的氮掺杂细菌纤维素不仅能特殊的片层结构，还有较好的导电性。3、步骤⑺的沉积时间保持在5～200秒，所得的铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素中金属铂的含量(质量百分数)小于20％，这不仅保持了复合物有较高的电催化析氢性能，相对于商业Pt/C也有较高的经济性。本专利技术制得的铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素具有特殊的片层结构：含氮量(质量百分数)在4％～20％，铂的含量(质量百分数)小于4～18％，具有优异的电解水的性能。通过本专利技术，克服现有技术中存在的问题，提供一种新型铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素电催化剂及其电解水析氢的方法。对市场实施可能性和经济效益预测分析：电解水是最常用的产氢方法之一，面对日益严重的能源危机及由于燃料燃烧带来的不断恶化的生态环境，如果能利用廉价高效的电催化剂电解水产氢，将会取得较好的环境和经济效益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术实施例1的铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素扫描电镜图。图2为本专利技术实施例2的铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素透射电镜图。图3是本专利技术涉及的实施例1、2中铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素的极化曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本专利技术。结合具体实施例进一步说明铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素的制备。实施例1(1)称取10克洁净的细菌纤维素平均置于烧杯中，加入80毫升，1摩尔/升盐酸溶液完全浸没细菌纤维素，边搅拌边加入50微升苯胺，继续反应24小时；(2)向步骤(1)的烧杯中逐滴加入80毫升溶有0.5克过硫酸铵的1摩尔/升盐酸溶液，继续搅拌6小时；(3)步骤(2)的反应产物用去离子水反复洗涤反应后的细菌纤维素并冷冻干燥24小时；(4)将步骤(3)得到的细菌纤维素在800度氮气氛围下煅烧2小时(升温速率5度/分钟)，即得氮掺杂细菌纤维素；(5)称取5毫克步骤(4)的氮掺杂细菌纤维素分散于1毫升去离子水和乙醇的混合溶液中(体积比4：1)，加入30微升全氟磺酸溶液，超声直至溶液完全均匀；(6)滴取5微升步骤(5)制备的溶液于洁净的玻碳电极上，室温干燥，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素,其特征在于，其制备方法包括以下步骤：（1）选用清洁的细菌纤维素置于烧杯中，盐酸溶液完全浸没细菌纤维素，边搅拌边加入苯胺；（2）向步骤（1）的烧杯中逐滴加入溶有过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌反应，过硫酸铵是氧化剂，将苯胺单体氧化为聚苯胺；（3）步骤（2）的反应产物洗涤、冷冻干燥；（4）将步骤（3）得到的细菌纤维素在氮气氛围下煅烧即得氮掺杂细菌纤维素；（5）将步骤（4）得到的氮掺杂细菌纤维素分散于去离子水和乙醇的混合溶液中，加入全氟磺酸溶液，超声直至溶液完全均匀；（6）滴取步骤（5）制备的溶液于洁净的玻碳电极上，室温干燥，即得氮掺杂细菌纤维素修饰电极；（7）将步骤（6）修饰电极作为工作电极与铂电极及饱和甘汞电极组成三电极体系，在氯铂酸溶液盐酸溶液中，恒电位法进行沉积，取出电极洗净后干燥，即得铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素。

【技术特征摘要】
1.一种贵金属负载氮掺杂细菌纤维素,其特征在于，其制备方法包括以下步骤：（1）选用清洁的细菌纤维素置于烧杯中，盐酸溶液完全浸没细菌纤维素，边搅拌边加入苯胺；（2）向步骤（1）的烧杯中逐滴加入溶有过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌反应，过硫酸铵是氧化剂，将苯胺单体氧化为聚苯胺；（3）步骤（2）的反应产物洗涤、冷冻干燥；（4）将步骤（3）得到的细菌纤维素在氮气氛围下煅烧即得氮掺杂细菌纤维素；（5）将步骤（4）得到的氮掺杂细菌纤维素分散于去离子水和乙醇的混合溶液中，加入全氟磺酸溶液，超声直至溶液完全均匀；（6）滴取步骤（5）制备的溶液于洁净的玻碳电极上，室温干燥，即得氮掺杂细菌纤维素修饰电极；（7）将步骤（6）修饰电极作为工作电极与铂电极及饱和甘汞电极组成三电极体系，在氯铂酸溶液盐酸溶液中，恒电位法进行沉积，取出电极洗净后干燥，即得铂纳米颗粒负载氮掺杂细菌纤维素。2.根据权利要求1所述的贵金属负载氮掺杂细菌纤维素，其特征在于，步骤⑴所述的细菌纤维素的质量为10~50克，盐酸的体积为50~200毫升，苯胺的体积为20~300微升，搅拌时间10~30小时。3.根据权利要求1所述的贵金属负载氮掺杂细菌纤维素，其特征在于，步骤⑵所述盐酸的体积与步骤⑴盐酸的体积比为0.9:1~1.1:1，过硫酸铵的质量为0.2~4克，搅拌时间2~8小时。4.根据权利要求1所述的贵金属负载氮掺杂细菌纤维素，其特征在于，步骤⑶所述的冷冻干燥时间为20~40小时。5.根据权利要求1所述的贵金属负载氮掺杂细菌纤维素，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娅，温芳芳，王宏归，朱鸣，周芝峰，谈晶，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32