缺陷调控的石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种缺陷调控的石墨烯/Ag

【技术实现步骤摘要】
缺陷调控的石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料


[0001]本专利技术涉及一种2D/0D的低缺陷石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料及其制备方法，属于复合材料制备


技术介绍

[0002]锌空气电池，是以金属锌为负极、氧气为正极活性物质的金属-空气电池。锌空电池的理论能量密度为1086Wh
·
kg-1
，约为商用锂离子电池的5倍，锌空电池的电流密度较低，更加适用于能量密度需求高、功率要求低的应用场景。氧还原反应（ORR）是金属-空气电池、多类型燃料电池的重要反应，是决定上述电池能量转换效率、功率密度等性能的重要反应，但应用在ORR反应中的材料多为二电子反应，导致输出电压低，所以迫切需要调控催化剂材料，使之进行四电子反应，来提高输出电压，提高能量转化率，增加实用效率。
[0003]导电金属化合物（Ag-TCNQ）是一类传统的功能材料，具有多孔、导电等良好的结构特点，在电催化氧还原反应（ORR）反应中有潜在的应用前景，但其微观形貌一般为团聚的纳米颗粒、纳米线等，主要应用于光学和电子器件。由于Ag-TCNQ材料表面原子占了较大的比重，所以表面态密度将会大大增加，同时，对于这样小尺寸的颗粒，各种量子效应(量子尺寸效应、量子局限效应、量子隧道效应、量子干涉效应等)十分显著。虽然零维尺度中有更丰富的活性位点，但由于零维材料的表面能较大，也很容易团聚形成块体材料而失活。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提出一种催化性能良好、制备方法简单的石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料，以2维（D）低缺陷石墨烯为载体，0维Ag-TCNQ量子点负载在所述载体上。
[0006]上述石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料的制备方法，包括以下步骤：将硝酸银溶液置于低缺陷石墨烯悬浮液静置反应一段时间，乙腈离心洗涤，加入有机配体7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷（TCNQ）的乙腈溶液，继续静置反应一段时间，离心收集产物，得到所述的复合材料。
[0007]较佳的，低缺陷石墨烯悬浮液的溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮，悬浮液浓度为0.005-0.25 mg/mL；硝酸银溶液浓度为10-30 mg/mL； TCNQ的乙腈溶液浓度为1-5 mg/mL，以体积比计，低缺陷石墨烯悬浮液：硝酸银溶液：TCNQ的乙腈溶液=20:1:10。
[0008]较佳的，将硝酸银溶液置于低缺陷石墨烯悬浮液静置反应30 min。
[0009]较佳的，加入TCNQ的乙腈溶液，继续静置反应10min以上。
[0010]与现有技术相比，本专利技术有以下显著优点：1）制备方法简单，具有大规模应用的前景；2）由于低缺陷石墨烯晶格缺陷改善了石墨烯的半导体性能、离子扩散系数、分散性及反应活性，拓展了其应用领域。缺陷调控后的石墨烯与原本的高缺陷石墨烯进行氧还原反应对比，发现缺陷调控后的石墨烯进行四电子反
应，增加了能源的利用率而且还提高的反应活性。低缺陷所产生的空隙为离子的传输开辟了通道，增加了石墨烯对离子和气体小分子的通透性，改善了离子扩散系数和反应活性，增强了吸附原子与石墨烯之间的相互作用。
附图说明
[0011]图1是本专利技术制备2D/0D低缺陷石墨烯/Ag-TCNQ复合材料的流程示意图。
[0012]图2是本专利技术实施例2和对比例1、2、3所制备材料的形貌表征图，其中（a）对比例1；（b）对比例3；（c）和（d）实施例2；（e）和（f） 对比例2。
[0013]图3是本专利技术实施例2和对比例1、2、3所制备材料的红外和Raman图，其中（a）为实施例2和对比例1红外图；（b）为对比例2和对比例3红外图；（c）为对比例1和对比例3的拉曼图；（d）实施例2和对比例2的拉曼图。
[0014]图4 是本专利技术实施例2和对比例1、2、3所制备材料的XRD图，其中（a）为实施例2和对比例1；（b）为对比例2和对比例3。
[0015]图5 是本专利技术实施例1、2、3所制备材料的电化学图，其中（a）为实施例1、2、3所制备催化剂在1600 rmp下的LSV图；（b）为实施例2所制备材料在不同转速下的LSV曲线，（c）为实施例2所制备材料的盘环电流，（d）为实施例2所制备材料不同电位下H2O2含量；（e）为实施例2所制备材料在0.7 V电位下进行90 h稳定性曲线。
[0016]图6 是本专利技术对比例2所制备材料的电化学图，其中（a）为盘环电流，（b）为不同电位下H2O2含量。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0018]对于石墨烯来说，在制备和处理过程中，经常引入不同浓度的本征缺陷结构。而最新研究表明，通过缺陷的调控，可以有效增强催化剂的吸附和氧化还原循环调节机制，对于低缺陷石墨烯可以改善石墨烯2D/0D复合材料的电子传递性能，而少量的缺陷结构，如含氧基团（羧基、羟基等），可以改善石墨烯的分散性和反应活性，缺陷位的碳碳键长会导致 σ 和 π 轨道的局部重新杂化，并因此改变石墨烯的电子结构。缺陷明显改变了原来石墨烯纳米带的能带结构和电子输运特性，进而使氧还原朝着四电子的方向进行。本专利技术将Ag-TCNQ零维材料负载到二维纳米材料表面，可以有效抑制零维材料的团聚现象，结合两者的优势，得到具有高活性和稳定性的材料。
[0019]结合图1，本专利技术所采用的合成2D/0D低缺陷石墨烯/Ag-TCNQ复合功能材料的方法包括以下步骤：步骤一：将1-3 g石墨加入到100-700 mL N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中，使其均匀分散，取上清液即得低缺陷石墨烯悬浮液，备用；步骤二：制备硝酸银溶液：将1-200 mg硝酸银溶解于1-100 mL去离子水中，使其完全溶解。
[0020]步骤三：量取步骤一低缺陷石墨烯悬浮液10-50 mL，置于步骤二硝酸银溶液中，混合均匀并静置10-60min，用乙腈离心洗涤；步骤四：制备7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷溶液：取10-100 mg的7,7,8,8-四氰基对
苯二醌二甲烷（TCNQ）配体溶解于10-100 mL乙腈溶液中，使其均匀混合；步骤五：将步骤四TCNQ的乙腈溶液加入到步骤三的混合液中，静置10 min以上，然后用乙醇高速离心洗涤3-5次分离产物，冷冻干燥。
[0021]实施例1步骤一：将1 g石墨加入到500 mL N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中，使其均匀分散，取上清液即得低缺陷石墨烯悬浮液，备用；步骤二：制备硝酸银溶液：将20 mg硝酸银溶解于1 mL去离子水中，使其完全溶解。
[0022]步骤三：量取步骤一低缺陷石墨烯悬浮液20 mL，置于步骤二硝酸银溶液中，混合均匀并静置10 min，用乙腈离心洗涤；步骤四：制备7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷溶液：取20 mg的7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷（TCNQ）配体溶解于10 mL乙腈溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料，其特征在于，以2维低缺陷石墨烯为载体，0维Ag-TCNQ量子点负载在所述载体上。2.如权利要求1所述的石墨烯/Ag-TCNQ量子点复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硝酸银溶液置于低缺陷石墨烯悬浮液静置反应一段时间，乙腈离心洗涤，加入有机配体7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷的乙腈溶液，继续静置反应一段时间，离心收集产物，得到所述的复合材料。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，低缺陷石墨烯悬浮液的溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮，悬浮液浓度为0.005-0.25 mg/mL。4. 如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈胜，徐帅帅，蒋丽丽，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：