一种石墨烯单原子金复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108982631A(43)申请公布日2018.12.11(21)申请号201810836712.5(22)申请日2018.07.26(71)申请人中国科学院山西煤炭化学研究所地址030001山西省太原市迎泽区桃园南路27号(72)发明人王俊中赵慧芳(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人申艳玲(51)Int.Cl.G01N27/327(2006.01)G01N27/48(2006.01)B01J27/24(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种石墨烯单原子金复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种石墨烯单原子金复合材料及其制备方法和应用，将石墨烯与氮化碳通过水热处理得到三维石墨烯/氮化碳复合物；然后通过阳极电化学方法分别在上述碳材料中生成大量原子态的金；最终将原子态的贵金属金与碳材料结合形成石墨烯单原子金复合材料，即三维石墨烯/氮化碳负载单分散金原子复合催化剂。其中合成的三维凝胶/单原子金复合物具有大的比表面积、多级孔道结构及大量活性位点。将该复合材料构建电化学传感器在双氧水和葡萄糖活性检测中应用，具有良好的选择性，还可以进一步实现在人血清样品、蜂蜜和癌细胞等实际样中的检测。CN108982631ACN108982631A权利要求书1/2页1.一种石墨烯单原子金复合材料，其特征在于：将石墨烯与氮化碳通过水热处理得到三维石墨烯/氮化碳复合物；然后将原子态的贵金属金与碳材料结合形成石墨烯单原子金复合材料，即三维石墨烯/氮化碳负载单分散金原子复合催化剂。2.根据权利要求1所述的石墨烯单原子金复合材料，其特征在于：氮化碳界面组装石墨烯构成多孔三维石墨烯/氮化碳网络结构，比表面积为100m2/g-400m2/g，孔径分布为0.1-2nm、2-50nm和50-100nm的多级孔，金的形态包括单分散金原子、金团簇和纳米金颗粒。3.根据权利要求2所述的石墨烯单原子金复合材料，其特征在于：组成为：单分散金原子含量为0.001wt%~1.0wt%，石墨烯/氮化碳的含量为64wt%~98.399wt%，金纳米簇的含量为0.5wt%~20.0wt%，纳米金颗粒的含量为0.1wt%~5.0wt%，杂原子含量为1wt%~10wt%。4.一种权利要求1~3任一项所述的石墨烯单原子金复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将双氰胺溶液采用冷冻干燥、高温热处理和超声离心获得薄层氮化碳；（2）将步骤（1）所得薄层氮化碳与石墨烯混合，并采用溶剂热、洗涤、冷冻干燥处理获得三维石墨烯/氮化碳凝胶复合物；（3）将步骤（2）所得三维石墨烯/氮化碳的凝胶修饰于电极表面，采用三电极体系，在氯金酸的电解液中通过阳极电化学沉积的方法获得三维石墨烯单原子金复合材料。5.根据权利要求4所述的石墨烯单原子金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，将浓度为20mg/mL~100mg/mL的双氰胺水溶液保持在液氮环境下冷冻干燥，得到的样品在氩气或氮气气氛下采用2°C/min~4°C/min的升温速率加热至400°C~600°C热处理1~3h，之后降至室温获得大片的氮化碳；取大片的氮化碳溶解在异丙醇溶液中，氮化碳与异丙醇溶液的用量比为：每100mg~400mg氮化碳溶解在100mL溶液中，超声处理2~6小时，随后，静置收集上层清液，采用旋转蒸发装置获得终浓度为1mg/mL~4mg/mL的薄层氮化碳纳米片溶液。6.根据权利要求4所述的石墨烯单原子金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，首先，通过电化学剥离法合成石墨烯，将石墨烯浸泡至H2SO4和HNO3体积比为1:3的混合溶液中，超声处理10~20小时；接着，将溶液倒入抽滤瓶中，采用0.22µm的微孔滤膜加水抽滤洗涤去除过量的酸；最后，收集滤饼并用蒸馏水重分散得到终浓度为1mg/mL~4mg/mL的石墨烯；取10mL上述处理的浓度为1mg/mL~4mg/mL石墨烯和10mL浓度为1mg/mL~4mg/mL的薄层氮化碳纳米片溶液在超声波下混合均匀，之后，将混合溶液转移至50mL聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，采用溶剂热反应6~12小时获得三维圆柱状凝胶，反应温度控制在150°C~200°C；使用蒸馏水反复洗涤之后过夜冻干即可获得三维石墨烯/氮化碳凝胶复合物。7.根据权利要求6所述的石墨烯单原子金复合材料的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯/氮化碳凝胶复合物为三维立体多孔结构，以介孔为主要存在方式，且该凝胶复合物质33量密度为5mg/cm~15mg/cm。8.根据权利要求4所述的石墨烯单原子金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，通过阳极电化学方法合成单分散金原子负载于三