改性石墨烯卷及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种改性石墨烯卷的制备方法，包括以下步骤：将MXene材料、石墨烯和水混合，得到MXene

【技术实现步骤摘要】
改性石墨烯卷及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，特别涉及一种改性石墨烯卷及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]金属催化剂是氧化还原反应(ORR)常用的催化剂。在传统的金属催化剂中，搭载金属颗粒的载体有炭黑、碳纳米管(CNT)和石墨烯等。
[0003]其中，炭黑可以满足催化剂对导电性的要求，但炭黑的结构中微孔比例较高，导电高聚物无法进入微孔，使得附着于微孔中的金属颗粒很难参与催化反应，且附着于炭黑表面的金属颗粒在反应过程中易发生溶解、团聚和脱落的现象，使得金属颗粒的利用率较低；同时，炭黑的抗电化学腐蚀性较差。CNT的导电性、稳定性、抗电化学腐蚀能力较好，但其比表面积较小，金属颗粒能够负载的活性位点较少，导致其催化性能有限。采用石墨烯作为金属颗粒的载体时，表面呈现化学惰性，负载金属颗粒的能力较弱，活性面积不能充分利用；且以石墨烯为载体时会存在片层堆叠，活性面积不能完全释放，使得金属颗粒搭载量有限，导致其催化性能不佳；另外，石墨烯层间的范德华力较强，易发生重组团聚，导致其负载的金属颗粒团聚、脱落，甚至失活，从而导致金属催化剂整体的稳定性和耐久性较差。
[0004]而在传统方法中，有通过引入其他聚合物体系对石墨烯进行改性，可以增强活性位点的负载能力，但该方法改性后的石墨烯导电性不高，影响催化剂的电子传输，致使催化性能低下。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供了一种改性石墨烯卷及其制备方法与应用，该制备方法制得的改性石墨烯卷导电性较好，具有较好的稳定性和催化性能。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下。
[0007]一种改性石墨烯卷的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将MXene材料、石墨烯和水混合，得到MXene
‑
石墨烯混合液，所述MXene材料和所述石墨烯的质量之和与水的体积之比为(0.1mg～1mg):1mL；
[0009]将所述MXene
‑
石墨烯混合液依次进行加热、液氮冷却和冷冻干燥，得到MXene
‑
石墨烯卷；
[0010]在所述MXene
‑
石墨烯卷的表面负载金属颗粒。
[0011]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，所述金属颗粒选自Pt、Pd、Ru和Au中的至少一种。
[0012]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，所述MXene材料选自Ti2C3T
x
、Ti2CT
x
和Cr2CT
x
中的至少一种，其中，T
x
为
‑
OH或
‑
F。
[0013]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，所述石墨烯选自石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、掺杂石墨烯、掺杂氧化石墨烯和掺杂还原氧化石墨烯中的至少一种。
[0014]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，在所述MXene
‑
石墨烯混合液中，所述MXene材料与所述石墨烯的质量比为(0.1～1):50。
[0015]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，在所述MXene
‑
石墨烯卷的表面负载金属颗粒的步骤中，包括以下步骤：
[0016]将金属源前驱体、还原剂、溶剂和所述MXene
‑
石墨烯卷混合并进行还原反应。
[0017]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，所述还原剂选自硼氢化钠、柠檬酸钠、水合肼、甲醛和甲酸中的至少一种。
[0018]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，所述金属源前驱体选自氯铂酸氯化铂、氯化钯、氯化钌、氯化金和氯金酸中的至少一种。
[0019]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，所述加热至温度60℃～100℃。
[0020]在其中一些实施例中，改性石墨烯卷的制备方法中，所述冷冻干燥为：在0℃～
‑
50℃干燥1h～72h。
[0021]本专利技术提供了上述改性石墨烯卷的制备方法制备得到的改性石墨烯卷。
[0022]本专利技术还提供了上述改性石墨烯卷在催化氧化还原反应中的应用。
[0023]与现有技术相比较，本专利技术的改性石墨烯卷具有如下有益效果：
[0024]上述改性石墨烯卷的制备方法，通过将原料混合得到的MXene
‑
石墨烯混合液依次进行加热、液氮冷却和冷冻干燥得到MXene
‑
石墨烯卷，进一步在MXene
‑
石墨烯卷的表面负载金属颗粒，金属颗粒与MXene
‑
石墨烯卷之间具有较强的相互作用，有效增强金属颗粒在MXene
‑
石墨烯卷表面的附着性，避免了金属颗粒在反应过程中发生溶解、团聚和脱落的现象；同时，金属颗粒与MXene
‑
石墨烯卷之间的相互作用，可改变金属颗粒的电子结构，有效增强金属颗粒的抗氧化能力、抗腐蚀性和耐久性。而且，MXene
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石墨烯卷之间的接触点较小，外露的比表面积比例较高，MXene
‑
石墨烯卷成卷状，避免了石墨烯片层易堆叠的问题，增加了MXene
‑
石墨烯卷的活性位点，提高了金属颗粒搭载量；从而有效提高了改性石墨烯卷的催化性能。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为实施例1制得的Pt/MXene
‑
石墨烯卷催化剂的SEM图；
[0027]图2为实施例1制得的Pt/MXene
‑
石墨烯卷催化剂的TEM图；
[0028]图3为实施例1～3和对比例1～2制得的催化剂以及商业化Pt/C催化剂的LSV曲线图；
[0029]图4为实施例1、4和商业化Pt/C催化剂的LSV曲线图；
[0030]图5为实施例1、5和商业化Pt/C催化剂的LSV曲线图；
[0031]图6为实施例1、6和商业化Pt/C催化剂的LSV曲线图；
[0032]图7为实施例1制备的Pt/MXene
‑
石墨烯卷催化剂循环1000圈前后的LSV曲线图；
[0033]图8为对比例1制备的Pt/石墨烯卷催化剂循环1000圈前后的LSV曲线图；
[0034]图9为对比例2制备的Pt/MXene
‑
石墨烯催化剂循环1000圈前后的LSV曲线图。
具体实施方式
[0035]以下结合具体实施例对本专利技术的改性石墨烯卷及其制备方法与应用作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯卷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将MXene材料、石墨烯和水混合，得到MXene
‑
石墨烯混合液，所述MXene材料和所述石墨烯的质量之和与所述水的体积之比为(0.1mg～1mg):1mL；将所述MXene
‑
石墨烯混合液依次进行加热、液氮冷却和冷冻干燥，得到MXene
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石墨烯卷；在所述MXene
‑
石墨烯卷的表面负载金属颗粒。2.如权利要求1所述的改性石墨烯卷的制备方法，其特征在于，所述金属颗粒选自Pt、Pd、Ru和Au中的至少一种。3.如权利要求1所述的改性石墨烯卷的制备方法，其特征在于，所述MXene材料选自Ti2C3T
x
、Ti2CT
x
和Cr2CT
x
中的至少一种，其中，T
x
为
‑
OH或
‑
F。4.如权利要求1所述的改性石墨烯卷的制备方法，其特征在于，所述石墨烯选自石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、掺杂石墨烯、掺杂氧化石墨烯和掺杂还原氧化石墨烯中的至少一种。5.如权利要求1～4任...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珺，杜真真，王晶，于帆，李炯利，王刚，王旭东，罗圭纳，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：