Pd单原子定向锚定于rGO/g-C制造技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，具体为Pd单原子定向锚定于rGO/g‑C

【技术实现步骤摘要】
Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面的方法及材料
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面的方法及材料。
技术介绍
与其他碳材料相比，石墨烯作为一种新型二维碳纳米材料，因具有极大的比表面积和高导电性等非凡性能而备受关注。在过去几十年里，石墨烯的流动性、导电性、坚硬度、催化性能等已经得到大幅度提升，在催化、电化学生物传感器、锂电池和超级电容器等领域具有广泛的应用前景。人们在高效构建石墨烯方面采取了不同策略，包括模板CVD、蚀刻沉淀以及丝网印刷和喷墨印刷等印刷技术。然而，这些方法通常有昂贵的仪器、复杂的工艺或额外的模板需求的限制等。为了克服以上弊端，本专利技术采用价格低廉、环保、易得的蚕茧为原材料，利用其N含量丰富的特性，以其自身作为碳源、氮源，经过高温煅烧，成功制备出表面积大、缺陷位点多、导电性强的N掺杂石墨烯。与其他制备石墨烯原材料相比，生物质本身具有储量大、环保、易得、便宜等优点；合成方法具有工艺流程简单、低能耗、绿色无污染等优点，为生物质石墨烯的大规模制备提供了有利保障；生物质中有机物种类复杂多样，含有丰富的N、P、S等元素，以其为原材料可以在石墨烯上原位引入大量杂原子，产生大量的活性位点。此外，本专利技术又根据π-π堆积效应，原位引入具有二维层状堆叠结构、无毒、稳定、绿色的g-C3N4与生物质石墨烯形成二维界面，有效提高了比表面积、增加了大量反应位点。另外，在Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面过程中，本专利技术采用较低温度锚定技术，有效避免了常规操作中的高温煅烧，即增加了单原子的负载量、提升了实际应用效果，又有效减少了能量的消耗、降低了成本。
技术实现思路
针以上技术难题，本专利技术提供一种简单、环保、节能、低成本的Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面的方法及材料。本专利技术首先提供一种简单、环保、节能、低成本、大规模制备石墨烯方法；其次，通过原位负载g-C3N4成功合成rGO/g-C3N4二维界面材料，进而负载Pd单原子，大大提升了贵金属的利用率以及材料的实际应用效果。本专利技术提出的Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面的方法，以环保、无污染生物质为原材料，包括蚕茧派生的N掺杂生物质石墨烯的制备，rGO/g-C3N4二维界面的制备；Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面；具体步骤如下：步骤一：将提前干燥好的蚕茧与铁基或钾基催化剂水溶液加热搅拌，充分反应；步骤二：将步骤一中的产物抽滤、冷冻干燥；步骤三：将步骤二中的产物在惰性气体、CO2、氢气、氨气中的一种或者几种的混合气体下，在600-900℃高温煅烧1-10h，然后升高温度，在900-2000℃煅烧0.5-24h；步骤四：将步骤三中的煅烧产物在酸溶液中充分搅拌，除去铁基或钾基化合物，再抽滤、酸溶液洗涤、水洗、冷冻干燥，得到生物质派生的石墨烯;步骤五：将步骤四中的生物质石墨烯置于二氰二胺水溶液中加热搅拌，充分反应；步骤六：将步骤五中的溶液转移到反应釜中，水热反应；步骤七：将步骤六中的产物抽滤、水洗、冷冻干燥，得到生物质石墨烯/二氰二胺复合材料；步骤八：将步骤七中的生物质石墨烯/二氰二胺复合材料置于管式炉中，在惰性气体、CO2、H2、NH3中的一种或者几种混合气体下，进行高温煅烧，得到复合材料，记为rGO/g-C3N4；步骤九：将步骤八中的rGO/g-C3N4置于Pd有机盐溶液中充分反应，直至样品被完全蒸干；步骤十：将步骤九中的产物抽滤、水洗、干燥，得到最终复合材料，记为Pd@rGO/g-C3N4。优选地，步骤一中，所述的铁基或钾基催化剂主要为K4[Fe(CN)6]、FeCl3、K3[Fe(CN)6]、FeCl2、KOH、KHCO3中的一种或几种的混合；催化剂水溶液浓度为0.1-20mol/L；加热反应，温度为0-100℃；时间为1-100h。优选地，步骤三中，所述的气体为惰性气体、CO2、H2、NH3中的一种或者几种混合；在保证空气排净前提下，控制气体流速为100-500sccm；高温煅烧时，升温速率为1-20℃/min。优选地，步骤四中所述的酸为HCL、H2SO4、HNO3中的一种或者几种混合，酸溶液浓度为0.1-10mol/L，酸液中搅拌时间为1-200h。优选地，步骤五中，所述的二氰二胺水溶液中二氰二胺质量百分数为0.1-50%；加热反应，反应温度为0-100℃，反应时间为1-100h。优选地，步骤六中，所述水热反应的温度为50-250℃，时间为1-100h。优选地，步骤八中，所述的气体为惰性气体、CO2、H2、NH3中的一种或者几种混合；在保证空气排净前提下，气体流速为100-500sccm；高温煅烧时，升温速率为1-20℃/min；煅烧温度为200-1000℃；保温时间为0.5-24h。优选地，步骤九中，所述Pd有机盐为三甲基醋酸钯（II）、双(二亚芐基丙酮)钯、三氟乙酸钯(II)、醋酸钯、二(乙酰丙酮)钯(II)中的一种或者几种混合；Pd有机盐含量为0.1-20mg/ml的；反应温度为0-100℃，反应时间为0.5-300h。本专利技术还包括由上述方法得到的Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4的复合材料Pd@rGO/g-C3N4，其中，Pd负载量小于等于Pd@rGO/g-C3N4复合材料的20wt％。本专利技术还包括所述的Pd@rGO/g-C3N4复合材料在有机催化、光催化、电化学催化、超级电容器、生物传感器、锂离子电池领域中的应用。本专利技术制备的Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4复合材料，以环保、无污染生物质为原材料，其中，Pd负载量小于等于Pd@rGO/g-C3N4复合材料的20wt％。本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术采用孔隙率高、储量大、价格低廉、生态友好、易得、可降解、可再生的蚕茧为原材料铁基或钾基作为活化剂，通过简单的碳化、活化处理成功制备出结构形貌可控、孔结构丰富、大比表面积、富含大量缺陷、导电性高以及传质性优良的生物质石墨烯；有效解决了常规石墨烯制备方法所需的昂贵的仪器、复杂的工艺或额外的模板需求的限制，有望解决传统制备方法对环境造成的破坏，该工艺方法也为石墨烯绿色无污染的大规模制备提供了有效保障；（2）本专利技术得到的rGO/g-C3N4二维界面复合材料为贵金属Pd的锚定提供了更稳定、牢固的支撑基底，且形成的独特的三明治夹心结构的Pd@rGO/g-C3N4，在实际应用中有效避免了Pd与反应液体的直接接触所造成Pd单原子的中毒、失活现象，大大提高了其催化、储能等性能；（3）本专利技术所采用的低温、Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面方法简单、绿色、环保、低消耗、可控、负载量高，即解决了传统制备方法贵金属利用率低的问题，又大大缩减了成本；（4）本专利技术所制备的Pd@rGO/g-C3N4复合材料，具有广泛的应用前景，可以直接应用在有机催化、光催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Pd单原子定向锚定于rGO/g-C

【技术特征摘要】
1.一种Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面的方法，其特征在于，以环保、无污染生物质为原材料，包括蚕茧派生的N掺杂生物质石墨烯的制备，rGO/g-C3N4二维界面的制备；Pd单原子定向锚定于rGO/g-C3N4二维界面；具体步骤如下：
步骤一：将提前干燥好的蚕茧与铁基或钾基催化剂水溶液加热搅拌，充分反应；
步骤二：将步骤一中的产物抽滤、冷冻干燥；
步骤三：将步骤二中的产物在惰性气体、CO2、氢气、氨气中的一种或者几种的混合气体下，在600-900℃高温煅烧1-10h，然后升高温度，在900-2000℃煅烧0.5-24h；
步骤四：将步骤三中的煅烧产物在酸溶液中充分搅拌，除去铁基或钾基化合物，再抽滤、酸溶液洗涤、水洗、冷冻干燥，得到生物质派生的石墨烯;
步骤五：将步骤四中的生物质石墨烯置于二氰二胺水溶液中加热搅拌，充分反应；
步骤六：将步骤五中的溶液转移到反应釜中，水热反应；
步骤七：将步骤六中的产物抽滤、水洗、冷冻干燥，得到生物质石墨烯/二氰二胺复合材料；
步骤八：将步骤七中的生物质石墨烯/二氰二胺复合材料置于管式炉中，在惰性气体、CO2、H2、NH3中的一种或者几种混合气体下，进行高温煅烧，得到复合材料，记为rGO/g-C3N4；
步骤九：将步骤八中的rGO/g-C3N4置于Pd有机盐溶液中充分反应，直至样品被完全蒸干；
步骤十：将步骤九中的产物抽滤、水洗、干燥，得到最终复合材料，记为Pd@rGO/g-C3N4。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述的铁基或钾基催化剂为K4[Fe(CN)6]、FeCl3、K3[Fe(CN)6]、FeCl2、KOH、KHCO3中的一种或几种的混合；催化剂水溶液浓度为0.1-20mol/L；加热反应，温度为0-100℃；时间为1-100h。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，徐睿，王良杰，池凯，陈欣，董俊杰，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31