具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，属于电催化材料制备技术领域。上述电催化材料的制备方法，包括：步骤1：大比表面积多孔氮掺杂石墨烯气凝胶的制备；步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体诱导制备哑铃状纳米金。本发明专利技术提供的具有优异检测性能的电催化材料的简单制备方法，制备的电催化材料的比表面积高达788m

Preparation of Dumbbell-shaped Gold Nanoparticles with Excellent Catalytic Performance in Hydrogen Peroxide

The invention relates to a preparation method of a catalytic material with excellent hydrogen peroxide performance detection, belonging to the technical field of electrocatalytic material preparation. The preparation methods of the electrocatalytic materials include: Step 1: preparation of large surface area porous nitrogen doped graphene aerogels; step 2: preparation of dumbbell shaped gold nanoparticles with nitrogen doped graphene aerogels as precursors. The simple preparation method of the electrocatalytic material provided by the invention has excellent detection performance, and the specific surface area of the prepared electrocatalytic material is as high as 788m.

【技术实现步骤摘要】
具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法
本专利技术涉及电催化材料的制备领域，特别涉及一种具有优异检测双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法。
技术介绍
双氧水在工业、生物系统、制药等领域发挥着重要的作用，双氧水的浓度在研究阿尔茨海默病、心肌梗塞、帕金森病、癌症中是一个很重要的生物参数。因此，开发一种简单有效地检测双氧水浓度的方法尤其重要。目前，已报道很多检测双氧水浓度的方法，主要有分光光度法、荧光分光光度法、化学发光法、电化学检测法等。其中，电化学检测法相比其他方法更加简单、快捷、灵敏、低成本。然而，电化学检测双氧水时常需要过高的过电位，而且敏度较低。为了提高电极检测双氧水的催化活性，贵金属、合金、金属氧化物等纳米材料改进的电极已被应用于高灵敏检测双氧水。在这些金属纳米催化剂中，基于Au的纳米金属可增强电极的导电性，促进电荷转移，还具有较高的稳定性和优异电催化活性，因此被广泛应用于双氧水催化。为了提高Au纳米粒子的电化学活性比表面积、催化活性和稳定性，通常将Au纳米粒子分散在导电性好、比表面积大、稳定性高的碳材料上。然而，目前报道的碳材料支持的Au催化剂中大多存在负载的Au纳米粒子易聚集、分布不均匀、催化活性低等问题；另外，碳材料基底尤其是2D碳材料自身在制备过程中由于π-π堆积作用也易于聚集，使得负载的Au纳米金属颗粒的活性暴露面积减小，不利于催化活性的提高。
技术实现思路
为解决现有的碳材料负载的Au纳米粒子易聚集、分布不均匀、以及催化双氧水性能差等问题，本专利技术提供一种具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：本专利技术提供一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，包括：步骤1：氮掺杂石墨烯气凝胶的制备；步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体，诱导制备哑铃状纳米金。其中，氧化石墨烯的直径大约为500nm单层氧化石墨烯片；多巴胺为盐酸多巴胺粉末。进一步的，所述步骤1为：11)氮掺杂石墨烯水凝胶的制备将氧化石墨烯分散液和多巴胺在烧杯内混合，加料顺序为先放氧化石墨烯，再放入多巴胺粉末，充分搅拌后，将混合液转移到反应釜中，水热还原得到氮掺杂石墨烯水凝胶；12)氮掺杂石墨烯气凝胶的制备将得到氮掺杂石墨烯水凝胶从反应釜中小心取出，多次洗涤后，冷冻干燥，然后退火，即得氮掺杂石墨烯气凝胶。进一步的，所述步骤11)中，氧化石墨烯分散液的分散剂是pH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液，氧化石墨烯与多巴胺的质量比为1:1，搅拌时间为0.5小时；水热还原反应温度为180℃，反应时间为12小时。进一步的，所述步骤12)中，用水和无水乙醇交替洗涤3-5次；所述冷冻干燥时间为24小时；所述退火的温度为800℃，时间为5h，气氛为高纯氩气。进一步的，所述步骤2为：21)将氮掺杂石墨烯气凝胶加入到氯金酸中，搅拌使其均匀混合；22)快速搅拌下分两次慢慢滴加还原剂柠檬酸三钠，两次滴加间隔3-5min，滴加完毕后再反应一段时间，停止加热；23)离心洗涤后真空干燥，得到氮掺杂石墨烯负载的哑铃状纳米金复合物。由于哑铃状纳米金是在以正在生长成的纳米金为晶种进行生长，所以需要二次加入柠檬酸三钠还原更多的氯金酸。进一步的，所述步骤21)中，氮掺杂石墨烯气凝胶与氯金酸以及柠檬酸三钠的质量比为30:5:4-6.25。优选的，所述氮掺杂石墨烯气凝胶与氯金酸以及柠檬酸三钠的质量比为30:1:5。进一步的，所述步骤21)中，反应温度为130℃；所述步骤22)中，柠檬酸三钠的滴加速度为1滴/s；第一次与第二次滴加柠檬酸三钠的质量比为5:3-7.5；所述滴加完毕后反应时间为3-5min；优选的，所述第一次和第二次滴加柠檬酸三钠的质量比为1:1。所述步骤23)中，离心洗涤的速度为1500rpm/min，离心时间为10min。进一步的，所述柠檬酸三钠的浓度为1wt％。优选的，所述步骤22)中，快速搅拌的参数为：500rpm/min。在碳材料上掺杂的N原子不但可通过结合金属原子均匀分散金属纳米粒子，还可通过给附近的碳原子提供P电子来增加碳材料的电子密度和电子供给性质来增强催化性能。具有较高结合能的N原子还可增强碳材料表面键合电解质离子的能力，增加其表面润湿性，促进反应物和电解质溶液进入到电极表面。一条避免此问题的可能途径是用3D多孔碳材料作为骨架。3D多孔碳料材中的多孔结构不但可为电解质以及反应物的输送提供孔道，还可提供更多的催化剂负载位点，增加催化剂的活性暴露面积。另外，密集、小尺寸开放孔可缩短反应物和电解质在孔道内的输送距离，减少扩散时间，有助于提高电化学性能。因此，将纳米金负载在3D多孔大比表面积的氮掺杂石碳材料上解决了现有技术中Au纳米粒子易聚集、分布不均匀的问题，并提高其催化活性。本专利技术提供了一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，具有以下有益效果：1)本专利技术将以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体诱导哑铃状纳米金的生长，首次成功制备出哑铃状纳米金，哑铃状纳米金相对于其他形貌的具有独特的界面效应优势；2)氮掺杂石墨烯上均匀分布的N原子可诱导哑铃状纳米金颗粒的形成，而且石墨烯大的比表面和丰富多孔结构可防止纳米金的聚集，增大活性暴露面积，提高催化性能；3)本专利技术结合了氮掺杂石墨烯气凝胶与哑铃状纳米金独特的界面效应二者的优势，提高了二者复合材料的催化性能，催化双氧水的还原电流高达140μA，还原电压仅为-0.28V。附图说明图1为本专利技术实施例2制得哑铃状纳米金(DL-AuNPs)在氮掺杂石墨烯气凝胶(NGA)上的TEM照片；图2为本专利技术实施例2和对比例1制备的哑铃状纳米金与氮掺杂石墨烯气凝胶的复合物(NGA@DL-AuNPs)氮掺杂石墨烯气凝胶(NGA)和催化双氧水的CV曲线。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图进行详细描述。以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。下述实施例中所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。其中，使用的氧化石墨烯粉料直径约为500nm，层数为单层的氧化石墨烯片；盐酸多巴胺为分析纯的白色粉体。本专利技术提供一种具有优异检测双氧水性能的催化材料制备方法，具体物质用量及实验过程参见下述实施例。实施例1：一种具有优异检测双氧水性能的催化材料制备方法，包括：步骤1：氮掺杂石墨烯气凝胶材料的制备离心分离20.0mL氧化石墨烯分散液；将沉降物分散在20.0mL新配制的Tris-HCl缓冲溶液中，得到氧化石墨烯在Tris-HCl缓冲溶液中的分散液(2.0mg/mL)。然后，加入20.0mg多巴胺(DA)，搅拌30min。将混合物密封在50mL的高压反应釜中，180.0℃下反应12h，得到氮掺杂的石墨烯水凝胶。冷却到室温后，将氮掺杂的石墨烯水凝胶小心取出，分别用纯水和无水乙醇洗涤多次，冷冻干燥后800.0℃Ar气保护下退火3h，得到氮掺杂石墨烯气凝胶(NGA)；步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶诱导哑铃状纳米金在10mL烧杯中，加入5mL氯金酸(0.1wt％)，将3mgNGA加入其中，强烈搅拌13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：氮掺杂石墨烯气凝胶的制备；步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体，诱导制备哑铃状纳米金。

【技术特征摘要】
1.一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：氮掺杂石墨烯气凝胶的制备；步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体，诱导制备哑铃状纳米金。2.根据权利要求1所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1为：11)氮掺杂石墨烯水凝胶的制备将氧化石墨烯分散液和多巴胺在烧杯内混合，加料顺序为先放氧化石墨烯，再放入多巴胺粉末，充分搅拌后，将混合液转移到反应釜中，水热还原得到氮掺杂石墨烯水凝胶；12)氮掺杂石墨烯气凝胶的制备将得到氮掺杂石墨烯水凝胶从反应釜中小心取出，多次洗涤后，冷冻干燥，然后退火，即得氮掺杂石墨烯气凝胶。3.根据权利要求1所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的分散剂是pH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液，氧化石墨烯与多巴胺的质量比为1:1。4.根据权利要求2所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤11)中，搅拌时间为0.5小时；水热还原反应温度为180℃，反应时间为12小时。5.根据权利要求4所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤12)中，用水和无水乙醇交替洗涤3-5次；所述冷冻干燥时间为24小时；所述退火的温度为800℃，时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢贝贝，邓妍娑，蒋艳夏蕾，滕万青，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：山东,37