本发明专利技术属于催化材料技术领域，具体为一种碳包裹Ni纳米晶颗粒负载在石墨烯片上的纳米复合材料及其制备方法。本发明专利技术以二茂镍做为镍和碳的前驱体，通过与预先制备的氧化石墨烯混合，经溶剂热处理和随后的高温氮气保护下的热处理得到碳包镍纳米晶颗粒负载在石墨烯上的复合材料。在水处理应用上，该材料具有优异的催化还原对硝基苯酚的性能和吸附水中有机染料的性能。此外该材料还可以用来电催化析氢，且具有良好的长期稳定性。本发明专利技术方法，操作简单，生产成本较低，易于批量化、规模化生产，具有良好的工业化生产基础和广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化材料
，具体涉及一种催化还原对硝基苯酚、吸附有机染料及电催化析氢材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯作为一种蜂窝状的单层碳原子网络结构，由于其突出的导电性能、极好的机械柔韧性、重量轻、大的比表面积和好的化学稳定性受到广泛的关注。在功能性纳米复合材料的制备上，石墨烯被是一种非常理想的碳基体来负载各类纳米颗粒，其中尤以金属纳米颗粒最为常用。至目前，各种类型的金属纳米颗粒，如Fe304, M0S2, T1O2, Ag, Au和Ni等通过与石墨稀复合形成复合材料而广泛应用在催化、储能、传感器和太阳能转化等。一方面，石墨烯的引入除了可以提高复合材料的电导率，同时还可以有效阻止纳米颗粒的团聚。另一方面，负载在石墨烯上面的纳米颗粒不仅可以赋予最终的复合材料各种功能，还可以阻碍石墨烯的重叠。然而，制备纳米颗粒均匀负载在石墨烯上面的复合材料依然是一个挑占戈。镍纳米颗粒由于它在催化、锂电池、传感器等领域的应用价值而受到极大的关注。作为催化剂，纳米级的镍颗粒被认为具有比块状镍更好的催化活性。然而由于高的表面能，纳米级镍很容易发生严重的团聚，这会限制它们潜在的优势。为了解决这个问题，一种有效的方法是通过与其他碳材料如石墨烯、碳纳米管复合，形成各种杂化材料。当暴露于空气中时，金属纳米颗粒较容易被氧化成金属氧化物。在金属纳米颗粒的表面包裹一层碳可以防止金属纳米颗粒被氧化，而它的表面催化活性并不会因此下降。碳的包裹也可以提高金属纳米颗粒在酸性或碱性介质中的催化活性。此外，对于石墨烯基的金属纳米复合材料，一个大的挑战是纳米颗粒与石墨烯表面之间弱的相互作用。碳的包裹可以起到粘胶剂的作用，将纳米颗粒紧密地固定在石墨烯表面。本专利技术通过一步溶剂热法和随后的高温热处理制备得到类三明治结构的石墨烯基镍纳米复合材料，其中超薄碳包裹的镍纳米晶颗粒均勾地负载在石墨片表面。在溶剂热过程中，使用二茂镍作为碳和镍的前驱体，氧化石墨烯(GO)作为模板。得到的纳米复合材料呈现核-壳片状结构、具有高的特征表面积(143 m2 g—1 )和优异的磁性。正是由于这些特性，从而赋予最终的复合材料在应用领域的多功能性。在催化对硝基苯酚的还原、电催化析氢以及吸附水中的有机染料应用中都具有较好的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备简单同时具有多功能应用性的超薄碳包镍纳米晶负载在石墨烯上的纳米复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的超薄碳包裹镍纳米晶负载在石墨上的纳米复合材料，是通过溶剂热法及随后的高温热处理从而在石墨烯表面原位生长碳包镍纳米晶颗粒。石墨烯的引入不仅可以提高复合材料的导电性，还可以抑制纳米颗粒的团聚。超薄碳的包裹可以保护镍纳米晶不被氧化和污染，从而使复合材料具有更好的催化稳定性。本专利技术提供的碳包裹银纳米晶颗粒负载在石墨稀上的复合材料的制备方法，具体步骤为: (1)将400?800ml溶剂倒入1000ml的烧瓶中，加入5?15 g氢化钙，室温下搅拌6?32 h，然后在50?130°C下蒸出溶剂，得到无水溶剂； (2)用步骤(I)得到的无水溶剂离心洗涤氧化石墨烯(GO)水分散液2?8次，得到GO的无水溶剂分散液，GO的浓度为2?15 mg/ml; (3)称取0.01?0.25g双(环戊二烯)镍加入到8 ml上述无水溶剂中，超声5?60 min，使双(环戊二烯)镍充分溶解;然后加入卜5 ml GO的无水溶剂分散液，超声10?100 min助分散;随后将混合液转移到压力釜中，置于150?250°C烘箱中反应2?36 h;待自然冷却到室温后，将料液取出用无水乙醇离心洗涤3~10次;然后将反应物置于50?120°C烘箱中2?24 h烘干； (4)取0.1-1.0g烘干的粉末置于管式炉中；在气体保护下加热升温到350?700°C，保温I?6 h，在气体保护下冷却，得到最终的纳米复合材料，记为graphene_i@C。本专利技术中，步骤(I)中所用的溶剂为丙酮、四氢呋喃、乙醇中的一种，或其中几种的混合物。本专利技术中，步骤(4)中所用的气体为氩气、氮气、空气中的一种，或其中几种的混合气体;管式炉升温速率小于10°C/min。本专利技术制备的超薄碳包镍纳米晶颗粒负载在石墨稀上的纳米复合材料，是通过简单的一步溶剂热法及随后的高温热处理实现。以二茂镍作为碳和镍的共前驱体，从而实现碳对镍纳米晶颗粒的包裹，防止金属镍纳米晶被氧化和污染。利用石墨烯为模板不仅可以提尚复合材料的电导率，此外还可以有效抑制纳米颗粒的团聚。尚的特征表面积、超细的银纳米颗粒以及良好的磁性赋予了复合材料在应用上的多功能性，可用于催化还原对硝基苯酚、吸附有机染料以及电催化析氢。其在催化对硝基苯酚和吸附有机染料上具有优异的性能，而且通过外加磁场可以非常简便地将材料从反应体系中分离和再循环利用。此外该复合材料还可以用来电催化析氢，且具有非常好的催化稳定性。本专利技术操作方便，制备条件简单，生产成本低，易于批量化、规模化生产，具有良好的工业化生产基础和广阔的应用前景。【附图说明】图1.graphene@Ni@C纳米复合材料的扫描电子显微镜图。图2.graphene_i@C纳米复合材料的透射电子显微镜图。图3.graphene_i@C纳米复合材料催化对硝基苯酸的时间分辨紫外光谱图(a)和多次循环催化的转化率(b)。图4.graphene_i@C纳米复合材料吸附水中有机染料罗丹明B的时间分辨紫外光谱。图5.graphene_i@C纳米复合材料电催化析氢的线性扫描伏安图(a)和千次循环后的稳定性(b)。图6.N1C纳米复合材料的扫描电子显微镜图(a)和催化对硝基苯酚的时间分辨紫外光谱图(b)。图7.未经除水处理的四氢呋喃溶剂热得到的graphene_i@C纳米复合材料的的扫描电子显微镜图。【具体实施方式】以下通过实施例进一步详细说明本专利技术超薄碳包镍纳米晶颗粒负载在石墨烯上的纳米复合材料的制备方法及其催化与吸附性能，该实施例仅仅是作为提供说明而不是限定本专利技术。 实施例1 (1)将500ml市售的四氢呋喃倒入1000ml的烧瓶中，加入15 g氢化I丐，然后室温下搅拌32 h，然后在70°C下蒸出溶剂，得到无水四氢呋喃； (2)将改进Hummers法制备的氧化石墨稀(GO)水分散液通过用上一步骤得到的无水溶剂反复离心洗涤6次，得到GO的无水四氢呋喃分散液，GO的浓度为7.5 mg/ml; (3)称取0.105g双(环戊二烯)镍加入到8 ml无水四氢呋喃中，超声10 min使双(环戊二烯)镍充分溶解;然后加入2 ml GO的无水溶剂分散液，超声30 min助分散;随后将混合液转移到25 ml的压力釜中，置于210°C烘箱中反应24 h;待自然冷却到室温后，将料液取出用无水乙醇离心洗涤5次;然后将反应物置于60°C烘箱中12 h烘干； (4)取0.5g烘干的粉末置于管式炉中；在氮气气氛中以5°C/min的升温速率升温到500°C保温2 h，然后自然冷却得到最终的graphene_i@C纳米复合材料。从图1中可以看到超薄碳包Ni纳米晶颗粒致密均当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳包裹Ni纳米晶颗粒负载在石墨烯片上的纳米复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将400~800 ml溶剂倒入1000ml的烧瓶中，加入5~15 g 氢化钙，室温下搅拌6~32 h，然后在50~130℃ 下蒸出溶剂，得到无水溶剂；（2）用步骤（1）得到的无水溶剂离心洗涤氧化石墨烯（GO）水分散液2~8次，得到GO的无水溶剂分散液，GO的浓度为2~15 mg/ml；（3）称取0.01~0.25 g 双（环戊二烯）镍加入到8 ml上述无水溶剂中，超声5~60 min，使双（环戊二烯）镍充分溶解；然后加入1~5 ml GO的无水溶剂分散液，超声10~100 min助分散；随后将混合液转移到压力釜中，置于150~250℃烘箱中反应2~36 h；待自然冷却到室温后，将料液取出用无水乙醇离心洗涤3~10次；然后将反应物置于50~120℃烘箱中2~24 h烘干；（4）取0.1‑1.0 g烘干的粉末置于管式炉中；在气体保护下加热升温到350~700℃，保温1~6 h，在气体保护下冷却，得到最终的纳米复合材料，记为graphene@Ni@C。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王雄伟，武培怡，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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