一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于银‑钴‑鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法，包括：在氢氧化钾存在的条件下，将硝酸银和硝酸钴混合溶液与鸟嘌呤悬浊液混合，冷冻，冻干，碳化，酸洗，抽滤，干燥，即得。本发明专利技术简单，反应条件温和，制备得到的基于银‑钴‑鸟嘌呤纳米片状材料，在质子交换膜燃料电池中对电极氧化还原催化中的起始电位、半波电位和稳定性优于未掺杂银的纳米片状材料。

【技术实现步骤摘要】
一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法
本专利技术属于纳米金属掺杂有机碳材料的制备领域，特别涉及一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法。
技术介绍
碳载过渡金属纳米颗粒是一种有趣的非贵金属氧还原反应催化剂。引入不同维度的纳米碳材料来负载过渡金属纳米颗粒制备的催化剂，比不含碳载体的非贵金属纳米颗粒具有更好的氧化还原反应催化活性和稳定性。具有高比表面和稳定结构的碳纳米材料，和过渡金属基纳米颗粒之间强有力的协同效应，是该类材料具有超好氧还原催化活性和稳定性的原因。钴纳米粒子和银纳米粒子作为催化剂一直被人们所关注，将合成的钴纳米粒子和银纳米粒子生长在碳材料表面设计催化剂是一个较好的策略。目前文献报道碳载过渡金属纳米颗粒的合成方法多为预先合成好不同维度的纳米碳材料然后掺入金属盐。掺入法的缺点是掺入的纳米粒子的粒径、性质等是确定的，基本不可变的。使用一锅法形成碳载过渡金属纳米颗粒材料甚少见于文献。纳米粒子的粒径分布与金属盐的用量、温度、机械超声等有一定的关系，因而可以通过改变溶剂、金属离子的量或加热、超声和光照等条件调控纳米粒子的大小、性能。因此一锅法合成碳载过渡金属纳米颗粒材料是一种非常方便的合成方法。质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是一种将化学能转化为电能的新型能源，但目前阳极和阴极催化剂均需要使用贵金属Pt。因此，开发新型的低成本、高效、稳定的非贵金属PEMFC电极催化剂意义重大。自1964年，首次发现有Co金属中心的N4.大环化合物有催化ORR活性。此后，许多具有M-N4(M为Co，Fe，Ni，Mn等)配位的大环分子复合物成为研究热点。这些材料包括卟啉、酞菁、邻氮二杂菲和取代官能团的一些衍生物等。这些材料的活性被认为与金属中心电子构型有关。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法，该方法简单，反应条件温和，克服了碳载过渡金属纳米颗粒的合成方法中预先合成好不同维度的纳米碳材料然后掺入金属盐，使得掺入的纳米粒子的粒径、性质等是确定的，基本不可变的问题。本专利技术的一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法，具体步骤如下：在氢氧化钾存在的条件下，将硝酸银和硝酸钴混合溶液与鸟嘌呤悬浊液混合，冷冻，冻干，得到基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料前驱体，碳化，酸洗，抽滤，干燥，得到基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料，其中鸟嘌呤与硝酸银的摩尔比为1:0.1～0.5，鸟嘌呤与硝酸钴的摩尔比为1:0.5～0.9，氢氧化钾与鸟嘌呤的摩尔比为1:1～3。所述硝酸银和硝酸钴混合溶液、鸟嘌呤悬浊液的溶剂均为水。所述冷冻是用液氮；冻干时间为2～3天，冻干温度为-40℃～-50℃。所述碳化是在氩气氛围中进行的；碳化温度为700～800℃，升温速率为4～6℃/min，碳化时间为2～3h。所述酸洗是用浓度为5％的稀盐酸；酸洗时间为8～12h。所述基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料应用于电极催化氧化还原。所述电极催化氧化还原是指在0.1mol/L的氢氧化钾溶液中相对于氯化银参比电极的氧化还原(ORR)催化性能。本专利技术为了得到粒径更小的纳米材料，可以将基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料前驱体冷冻干燥至恒重。本专利技术用液氮初步冷冻，用冻干机后续冻干。本专利技术将硝酸银和六水合硝酸钴混合制备得到的基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料，其中银纳米片片层厚度分布较窄且均匀生长在钴碳材料表面，类似片状花瓣。由于银纳米片生长在钴碳材料表面，提高了材料的导电性，并且基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料在质子交换膜燃料电池中对电极氧化还原的催化效果优于未掺杂银纳米颗粒的材料。有益效果本专利技术简单，反应条件温和，制备得到的基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料，在质子交换膜燃料电池中对电极氧化还原催化中的起始电位、半波电位和稳定性优于未掺杂银的纳米片状材料。附图说明图1是实施例1中基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的SEM图；图2是对比例1中基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料的SEM图；图3是实施例1中基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的XRD图；图4是对比例1中基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料的XRD图；图5是实施例1中基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料和对比例1中基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料在ORR测试性能中分别在800rpm、1600rpm下的LSV图；图6是实施例1中基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料和对比例1中基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料在ORR测试性能中的CV图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)将0.01mol鸟嘌呤溶于10mL的1mol/L的氢氧化钾水溶液中得到鸟嘌呤悬浊液，将0.001mol硝酸银和0.009mol六水合硝酸钴溶于10mL水中得到硝酸银和硝酸钴混合溶液，将1mL硝酸银和硝酸钴混合溶液与1mL鸟嘌呤悬浊液混合，摇晃均匀，用液氮冷冻，并转移到冻干机中冻干2～3天，冻干温度为-40℃～-50℃，得到基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料前驱体，在氩气条件下800℃保温2h，升温速率为4～6℃/min，最后用5％的稀盐酸酸洗8-12h，抽滤，60-80℃真空烘箱中干燥，得到基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料(Ag:Co-1:9)。(2)将5mg步骤(1)中基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料、350μL乙醇和95μLNafion加入塑料管中，并超声分散20min，得到混合液，用移液枪移取2.8μL该混合液两次，均匀涂在旋转圆盘电极黑色区域，连接辰华电化学工作站测试ORR性能。图1表明：银纳米片片层厚度分布较窄，大约100～200nm且均匀生长在钴碳材料表面，类似片状花瓣。图3表明：银纳米片是纳米氯化银，该图中还显示钴元素峰，说明该材料是银-钴-鸟嘌呤纳米材料。对比例1(1)将0.01mol鸟嘌呤溶于10mL的1mol/L氢氧化钾水溶液中得到鸟嘌呤悬浊液，将0.01mol六水合硝酸钴溶于10mL水中得到硝酸钴溶液，将1mL硝酸钴溶液与1mL鸟嘌呤悬浊液混合，摇晃均匀，用液氮冷冻，并转移到冻干机中冻干2～3天，冻干温度为-40℃～-50℃，得到基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料前驱体，在氩气条件下800℃保温2h，升温速率为4-6℃/min，最后用5％的稀盐酸酸洗8-12h，抽滤，60-80℃真空烘箱中干燥，得到基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料(Ag:Co-0:10)。(2)将5mg步骤(1)中钴-鸟嘌呤纳米片状材料、350μL乙醇和95μLNafion加入塑料管中，并超声分散20min，得到混合液，用移液枪移取2.8μL该混合液两次，均匀涂在旋转圆盘电极黑色区域，连接辰华电化学工作站测试ORR性能。图2表明：碳钴小球均匀分布，尺寸在100～300nm，小球表面较光滑部分是因为碳的包裹。图4表明：峰的位置对应于钴元素，证明该材料是单纯的钴碳小球，即基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料。图5和图6表明：实施例1中基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料在ORR测试中，起始电位、半波电位以及CV循环稳定性都优于没有掺杂银的本对比例中基于钴-鸟嘌呤纳米片状材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于银‑钴‑鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法，具体步骤如下：在氢氧化钾存在的条件下，将硝酸银和硝酸钴混合溶液与鸟嘌呤悬浊液混合，冷冻，冻干，得到基于银‑钴‑鸟嘌呤纳米片状材料前驱体，碳化，酸洗，抽滤，干燥，得到基于银‑钴‑鸟嘌呤纳米片状材料，其中鸟嘌呤与硝酸银的摩尔比为1:0.1～0.5，鸟嘌呤与硝酸钴的摩尔比为1:0.5～0.9，氢氧化钾与鸟嘌呤的摩尔比为1:1～3。

【技术特征摘要】
1.一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法，具体步骤如下：在氢氧化钾存在的条件下，将硝酸银和硝酸钴混合溶液与鸟嘌呤悬浊液混合，冷冻，冻干，得到基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料前驱体，碳化，酸洗，抽滤，干燥，得到基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料，其中鸟嘌呤与硝酸银的摩尔比为1:0.1～0.5，鸟嘌呤与硝酸钴的摩尔比为1:0.5～0.9，氢氧化钾与鸟嘌呤的摩尔比为1:1～3。2.按照权利要求1所述的一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米片状材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸银和硝酸钴混合溶液、鸟嘌呤悬浊液的溶剂均为水。3.按照权利要求1所述的一种基于银-钴-鸟嘌呤纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天西，朱天宜，张超，刘思良，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31