本发明专利技术提供一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管材料的制备，首先在形成金属有机骨架前躯体溶剂中加入粉末状一定量的量子点，使得形成的金属有机骨架孔道中嵌入直径与孔道尺寸匹配的量子点。然后将得到的量子点修饰金属有机骨架与三聚氰胺粉末混合均匀，高温处理，得到量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管内复合材料(QD/UMCM‑1@CNT)。最后利用微波辐射加热使Pt负载在所制备的复合材料碳纳米管表面(Pt/QD/UMCM‑1@CNT)，并以此作为甲醇燃料电池阳极催化剂。相比较传统的水热法合成碳纳米管，利用高温处理得到的量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管内复合材料，其碳纳米管的长度、直径等结构方面更加一致，更易形成结构统一的催化剂基底。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合催化剂制备领域，特别涉及一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管材料的制备。
技术介绍
直接甲醇燃料电池(DMFC)作为一种将燃料中的化学能直接转化为电能的清洁高效的发电装置，对能量的产生和贮存具有重要意义，为解决能源的短缺、缓解环境污染问题提供了可能。但由于其氧化过程是一个多级双质子传递过程，并且要求很高的过电位，因此直接甲醇燃料电池中醇类的氧化过程非常缓慢。现有的降低氧化反应过电位的方法，是采用Pt等贵金属作为催化剂。Pt的加入能够明显降低过电位，显著提高氧化反应速率。但在催化过程中，中间产物CO易在Pt表面吸附，使催化剂中毒，极大降低了催化活性。同时，Pt等贵金属，由于其在地壳中的含量低，价格昂贵，限制了其在燃料电池中的大量使用。从燃料电池商业化进程来看，开发高性能和低载铂量的燃料电池催化剂对于促进燃料电池技术的发展和商业化进程具有十分重要的意义，相关的研究也已经成为了燃料电池领域重要的研究课题。量子点(QD)是一种尺寸在2～5nm左右的纳米材料，具有光致发光性能。其可以作为很好的电子供体和受体，明显增强复合材料导电性能。而本专利技术中合成的金属有机骨架(UMCM-1)孔道直径在3.5nm左右与量子点尺寸相匹配，通过水热合成的方法，在UMCM-1合成过程中加入导电性的量子点，使得量子点嵌入与其尺寸相匹配的金属有机骨架中，明显提高了UMCM-1的导电能力。将碳纳米管作为Pt等贵金属催化剂载体已多见，但纳米管在形成过程中管直径与管长度难以控制，因此很难得到均匀稳定碳纳米管，而本专利技术中提供了一种新的方法，将得到的QD/UMCM-1嵌入碳纳米管中，支撑了碳纳米管的刚性结构，控制了纳米管尺寸，根据本专利技术提供的反应方法，反应后可以等到尺寸均匀的QD/UMCM-1@CNT。通过微波辐射法将Pt碳纳米管壁，具有相同直径，使得Pt颗粒与碳层紧密接触，量子点提高了材料的导电性能，加强了电子传到速率，增强了Pt基催化剂的催化能力与抗中毒能力。迄今为止，尚未见量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管材料的制备的相关报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术在应用方面缺陷，本专利技术提供了一种方法简单，快速、成本低的量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料及其甲醇燃料催化剂的制备。本专利技术所制得的甲醇燃料电池催化剂与现有的燃料电池催化剂基底相比，该基底合成过程简单，原材料廉价易得，适用于产业化生产，对甲醇具有很高的催化性能，因此对甲醇燃料电池催化剂改进方面具有重要意义。目的一：将可以作为很好的电子供体和受体的量子点与金属有机骨架结合，有效改善金属有机骨架导电性能差的问题。同时，量子点上的羟基、羧基等官能团能够与碳纳米管中的羟基和羧基发生缩合反应，进一步增强碳纳米管的导电性和结构一致性。目的二：将量子点修饰的金属有机骨架嵌入碳纳米管内增强了碳纳米管的结构，提升了贵金属催化剂在其表面的分散性能的同时，使Pt等贵金属催化剂在碳纳米管上的负载更加稳定。目的三：提供一种有效的制备方法，在碳纳米管中嵌入量子点修饰的金属有机骨架，使碳纳米管的长度、直径等结构方面更加一致，更易形成结构统一的催化剂基底。为了实现上述目的一，本专利技术采用如下技术方案：一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料，包括：碳纳米管；嵌入在所述碳纳米管内的量子点/金属有机骨架QD@MOF。由于量子点纳米数量级的粒径使其具有非常大的比表面积，这就使得量子点中大部分原子位于粒子表面。表面原子裸露在晶格的外部，配位不足、不饱和键增多，从而使这些表面原子具有极高的活性，非常容易与其他原子之间发生电子转移。因此，本专利技术中优选的量子点材料为C、PbS、PbSe、CdS、CdSe、ZnS或ZnSe。为了实现上述目的二，本专利技术采用如下技术方案：一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料催化剂，包括：碳纳米管；负载在所述碳纳米管上的贵金属纳米粒子；嵌入在所述碳纳米管内的量子点/金属有机骨架QD@MOF。优选的，所述量子点材料为C、PbS、PbSe、CdS、CdSe、ZnS或ZnSe；优选的，所述贵金属纳米粒子为纳米金、纳米银、纳米钯或纳米铂。本专利技术还提供了一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料的制备方法，包括：在形成金属有机骨架前躯体溶剂中加入粉末状的量子点，混合均匀、干燥、过滤、二次干燥，得量子点修饰的金属有机骨架QD/MOFs；将所述量子点修饰的金属有机骨架QD/MOFs与三聚氰胺粉末，在惰性气氛保护下，于1050～1200℃反应，使量子点修饰金属有机骨架QD/MOFs嵌入碳纳米管，即得QD/MOFs@CNT。本专利技术将碳纳米管的前躯体三聚氰胺和已经被量子点修饰的金属有机骨架粉末相混合，经过高温处理，可以形成碳纳米管中嵌入金属有机骨架的特殊结构。本专利技术中对两种粉末状物质混合后在氩气保护下进行的高温处理，必须在本专利技术所提到的特定温度范围内进行，才能形成这种结构特殊、性能优良的结构。在本专利技术中提到的条件下进行处理，能够很好的保证了碳纳米管在直径、长度等结构方面的统一。本专利技术还提供了一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料催化剂的制备方法，包括：在形成金属有机骨架前躯体溶剂中加入粉末状的量子点，混合均匀、干燥、过滤、二次干燥，得量子点修饰的金属有机骨架QD/MOFs；将量子点修饰的金属有机骨架与三聚氰胺粉末，在惰性气氛保护下，于1050～1200℃下反应，使量子点修饰金属有机骨架QD/MOFs嵌入碳纳米管，得量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料QD/MOFs@CNT；在量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料QD/MOFs@CNT上负载贵金属纳米粒子，即得。碳纳米管的合成虽然可以用核壳聚合物等其他前躯体材料代替，但是本专利技术所提到的特殊结构，只有通过高温处理三聚氰胺和含有金属有机骨架的混合粉末才能够得到，如换成其他前躯体材料则无法使有机骨架嵌入所形成的碳纳米管内部。因此三聚氰胺不可以用其他材料代替。为了实现上述目的三，本专利技术还提供了如下技术方案：一种碳量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料的制备方法，包括：在形成金属有机骨架前躯体溶剂中加入粉末状的碳量子点，混合均匀、干燥、过滤、二次干燥，得碳量子点修饰的金属有机骨架CQD/MOFs；将碳量子点修饰的金属有机骨架与三聚氰胺粉末，在惰性气氛保护下，于1050～1200℃下反应，使碳量子点修饰金属有机骨架CQD/MOFs嵌入碳纳米管，得碳量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料CQD/MOFs@CNT；在碳量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料CQD/MOFs@CNT上负载铂，即得Pt/CQD/MOFs@CNT。优选的，所述形成金属有机骨架前躯体溶剂的方法为：硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、对苯二甲酸放入50ml的广口瓶中，加入N,N-二乙基甲酰胺(DEF)混合均匀，超声溶解为澄清溶液，即得；优选的，所述干燥的条件为：90～150℃，反应时间为36～48h；优选的，所述碳量子点修饰的金属有机骨架CQD/MOFs与三聚氰胺的质量比为3.0～10.0：3.0～10.0；优选的，所述于1050～1200℃下反应的时间为6～8h；优选的，所述CQD/MOFs本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料，其特征在于，包括：碳纳米管；嵌入在所述碳纳米管内的量子点/金属有机骨架QD@MOF。
【技术特征摘要】
1.一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料，其特征在于，包括：碳纳米管；嵌入在所述碳纳米管内的量子点/金属有机骨架QD@MOF。2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述量子点材料为C、PbS、PbSe、CdS、CdSe、ZnS或ZnSe。3.一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料催化剂，其特征在于，包括：碳纳米管；负载在所述碳纳米管上的贵金属纳米粒子；嵌入在所述碳纳米管内的量子点/金属有机骨架QD@MOF。4.如权利要求3所述的材料，其特征在于，所述量子点材料为C、PbS、PbSe、CdS、CdSe、ZnS或ZnSe；或所述贵金属纳米粒子为纳米金、纳米银、纳米钯或纳米铂。5.一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将量子点修饰的金属有机骨架QD/MOFs与三聚氰胺粉末，在惰性气氛保护下，于1050～1200℃反应，使量子点修饰金属有机骨架QD/MOFs嵌入碳纳米管，即得QD/MOFs@CNT。6.一种量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将量子点修饰的金属有机骨架与三聚氰胺粉末，在惰性气氛保护下，于1050～1200℃下反应，使量子点修饰金属有机骨架QD/MOFs嵌入碳纳米管，得量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料QD/MOFs@CNT；在量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料QD/MOFs@CNT上负载贵金属纳米粒子，即得。7.一种碳量子点修饰金属有机骨架嵌入碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将碳量子点修饰的金属有机骨架与三聚氰胺粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宗花，王帧玉，张菲菲，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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