一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂及其制备和应用.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CN109994745A(43)申请公布日2019.07.09(21)申请号201910265553.2(22)申请日2019.04.03(71)申请人东华大学地址201620上海市松江区松江新城人民北路2999号(72)发明人张煊张佳伟(74)专利代理机构上海泰能知识产权代理事务所31233代理人黄志达魏峯(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/90(2006.01)H01M4/92(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂及其制备和应用(57)摘要本发明涉及一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂及其制备和应用。该催化剂以氨基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物与石墨烯复合材料为载体。该制备方法包括：硝基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物制备，氨基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物制备，富勒烯嫁接石墨烯材料制备，富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂制备。该催化剂具有好的催化活性和稳定性，具有在燃料电池中的潜在应用前景。CN109994745ACN109994745A权利要求书1/2页1.一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂，其特征在于，以氨基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物与石墨烯复合材料为载体，所述氨基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物的结构式为：式中n＝1～5。2.一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂的制备方法，包括：(1)氮气条件下将富勒烯C60、对硝基苯甲醛和肌氨酸以质量比为0.8-1.2:1.8-2.2:1.8-2.2在溶剂中反应，冷却，分离提纯，得到硝基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物，其中富勒烯C60与溶剂的比例为60-80mg:40-50mL；(2)将步骤(1)中硝基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物溶解于溶剂中，加入还原剂反应，分液得到的下层溶液调节pH至中性，过滤，洗涤，烘干，得到氨基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物，其中硝基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物、还原剂与溶剂的比例为95-105mg:250-300mg:95-105mL；(3)将步骤(2)中氨基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物与氧化石墨烯以质量比为1:6-10分散在溶剂中，氮气条件下80-100℃反应36-48h，冷却，离心分离，得到富勒烯嫁接石墨烯材料，其中氧化石墨烯与溶剂的比例为15-25mg:15-25mL；(4)将步骤(3)中富勒烯嫁接石墨烯材料分散于水中，加入氯化钯水溶液，超声振荡，加入还原剂溶液，搅拌反应，离心分离，洗涤，得到富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂，其中催化剂中载体与钯的质量比为4-6:1，富勒烯嫁接石墨烯材料与水的比例为15-25mg:30mL。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中溶剂为甲苯；反应温度为100-120℃，反应时间为12-16h。4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中硝基功能化的富勒烯吡咯烷衍生物结构式为：式中n为1～5。5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中溶剂为体积比1.8-2.2:1的甲苯和乙醇混合溶剂；还原剂为氯化亚锡。6.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应温度为室温，反应时间为10-15h。7.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中溶剂为二甲亚砜；氧化石墨烯2CN109994745A权利要求书2/2页是利用Hummers方法制备得到。8.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(4)中还原剂为硼氢化钠；超声振荡时间为25-35min；搅拌反应温度为室温，搅拌反应时间为10-15h。9.一种如权利要求1所述催化剂在甲醇燃料电池中的应用。3CN109994745A说明书1/4页一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂及其制备和应用技术领域[0001]本发明属于燃料电池催化剂及其制备和应用领域，特别涉及一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂及其制备方法和应用。背景技术[0002]燃料电池是近年来发展迅速的清洁能源之一。由于燃料电池中涉及到贵金属催化剂，因此成本高一直是制约其大范围商业化的主要瓶颈。为了降低成本和提高贵金属催化剂的有效利用，目前常用的方法是将贵金属催化剂负载到碳材料表面。在诸多的碳材料中，新兴的纳米碳材料如碳纳米管、石墨烯和富勒烯材料已经在燃料电池催化剂载体应用方面展现出了巨大的潜力。一般都是将单一的纳米碳材料用作载体来提高催化剂性能和降低成本，以复合纳米碳材料为载体的研究仍然较少。申请号为201710409807.4专利公开了通过非共价键自组装获得的富勒烯-石墨烯三维复合材料负载钯催化剂，其表现出比单一载体催化剂更为优越的催化性能。可见发展复合纳米碳载体是提高催化性能的有效途径之一。但富勒烯和石墨烯之间通过弱的非共