一種溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法
2023-09-21 07:31:15 1
一種溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法
【專利摘要】本發明公開了一種溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法，首先將氧化石墨超聲分散於N,N-二甲基甲醯胺或N,N-二甲基乙醯胺中，製成氧化石墨分散液，然後向氧化石墨分散液中加入醋酸鈀充分混合後，採用溶劑熱一步法得到單分散石墨烯負載的納米鈀粒子。本發明製備過程簡單，不需要加入任何額外的還原劑和穩定劑，石墨烯負載的納米鈀粒子粒徑小且在石墨烯表面分布均勻，尺寸可控，具有良好的分散穩定性。
【專利說明】一種溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於催化劑及其製備【技術領域】，具體涉及一種溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法。
【背景技術】
[0002]均相催化反應具有高催化活性及選擇性，但存在著催化劑與產物分離困難、催化劑不易回收及重複利用等缺點，已成為均相催化反應發展的「瓶頸」。開發高效、環境友好和可循環利用的多相催化劑已成為催化領域的研究熱點。近年來研究表明，金屬納米微粒作為一類新型催化劑，具有傳統催化劑所不具備的獨特結構和反應性能，表現出非常高的催化活性和選擇性。由於納米粒子在熱力學上的不穩定性，它們極容易發生遷移而聚集。因此，為了保證納米粒子的穩定性，獲得較高的金屬分散度，常常將納米粒子負載在具有高比表面的載體上，利用金屬和載體之間的相互作用和空間限制，使粒子間相互隔開以阻止它們的遷移和聚集，使其在用量很少的情況下發揮最高的活性。
[0003]對於催化劑載體來說，最大的困難是製備出具有巨大表面的材料，以便所負載的催化劑粒子均勻分散。催化劑載體大多選用具有大的內表面的孔材料，以保證有足夠的表面分散金屬活性組分。石墨烯由於其顯著的機械性能、良好的物理和化學穩定性、特殊的電子性質、表面性質、吸附特性、限域效應，尤其是單層石墨烯所具有的巨大比表面積。石墨烯可作為性能優良的催化劑載體材料負載金屬催化劑納米粒子。
[0004]但目前關於石墨烯作為催化劑的載體材料，主要利用浸潰還原法、沉澱法、沉積沉澱法等實現金屬納米粒子的負載。這些方法的還原過程一般採用高毒性的聯氨、水合肼等作為還原劑的液相化學還原法或氫氣、一氧化碳等氣體高溫還原法。這些方法不僅不能有效控制負載金屬納米粒子的尺寸、分散性以及負載量，而且負載後的金屬納米粒子由於與基體結合力差，在催化過程中容易從基體脫落或發生團聚，導致催化活性降低。其實，在這些傳統的方法中，面臨的最大問題是在製備過程中石墨烯出現不可逆團聚，不易得到單分散的石墨烯；催化劑納米粒子與載體之間的相互作用較弱，石墨烯難免團聚在一起，大部分報導的金屬納米粒子修飾的石墨烯片都處於聚集狀態。這樣石墨烯巨大的比表面積得不到充分利用，複合物的協同催化作用無法充分發揮。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在於克服上述催化劑製備方法存在的缺點，提供一種簡單的溶劑熱法一步製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法。
[0006]解決上述技術問題所採用的技術方案是:將氧化石墨超聲分散於N，N-二甲基甲醯胺或N，N- 二甲基乙醯胺中，得到氧化石墨分散液，所述的氧化石墨分散液中氧化石墨的質量體積比濃度為0.01?2.0mg/mL，在攪拌條件下，向氧化石墨分散液中加入醋酸鈀，氧化石墨與醋酸鈀的質量比為I?100:1，在密閉條件下160?200°C保溫12?48小時，過濾、洗滌、乾燥，得到單分散石墨烯負載納米鈀粒子。
[0007]上述的氧化石墨分散液中氧化石墨的質量體積比濃度優選0.05?0.5mg/mL,氧化石墨與醋酸鈀的質量比優選為1.2?30:1。
[0008]本發明採用N，N- 二甲基甲醯胺或N，N- 二甲基乙醯胺同時作為穩定劑和還原劑，用N，N- 二甲基甲醯胺或N，N- 二甲基乙醯胺還原氧化石墨和醋酸鈀，同時分散和穩定氧化石墨還原得到的石墨烯和醋酸鈀還原後的納米鈀粒子，沒有加入任何其它還原劑，在溶劑熱條件下一步法反應製得單分散石墨烯表面高度分散的納米鈀粒子。該方法工藝簡單、成本低、生產周期短，所製備的石墨烯負載納米鈀粒子具有較高的比表面積，納米鈀在石墨烯表面分布均勻，穩定性和分散性好，納米鈀尺寸可控，粒徑為10?50nm，在催化領域有著巨大的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是實施例1中氧化石墨和單分散石墨烯負載納米鈀粒子的XRD圖譜。
[0010]圖2是實施例1製備的單分散石墨烯負載納米鈀粒子的透射電鏡照片。
[0011]圖3是實施例2製備的單分散石墨烯負載納米鈀粒子的透射電鏡照片。
[0012]圖4是實施例3製備的單分散石墨烯負載納米鈀粒子的透射電鏡照片。
[0013]圖5是實施例4製備的單分散石墨烯負載納米鈀粒子的透射電鏡照片。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明的保護範圍不僅限於這些實施例。
[0015]實施例1
[0016]將40mg氧化石墨加入160mL N, N-二甲基甲醯胺中，超聲分散至形成穩定的膠體溶液，即得到氧化石墨分散液，在攪拌條件下，向氧化石墨分散液中加入25mg醋酸鈀，然後移至高壓反應釜中，在密閉條件下160°C保溫反應24小時，得到單分散石墨烯負載納米鈀溶膠，該溶膠可在室溫下保持3個月穩定、無沉降。將單分散石墨烯負載納米鈀溶膠過濾，濾餅用N，N-二甲基甲醯胺洗滌後，在乾燥箱中於60°C條件下乾燥48小時，得到單分散石墨烯負載納米鈕粒子。
[0017]由圖1和2可見，所得產物是單分散石墨烯片層上負載的納米鈀粒子，納米鈀粒子大小尺寸為1nm左右。
[0018]實施例2
[0019]本實施例在密閉條件下180°C保溫反應24小時，其他步驟與實施例1相同，得到單分散石墨烯負載納米鈀粒子。由圖3可見，所得產物是單分散石墨烯片層上負載的納米鈀粒子，粒子大小尺寸為20nm。
[0020]實施例3
[0021]本實施例在密閉條件下200°C保溫反應24小時，其他步驟與實施例1相同，得到單分散石墨烯負載納米鈀粒子。由圖4可見，所得產物是單分散石墨烯片層上負載的納米鈀粒子，粒子大小尺寸為30nm。
[0022]實施例4
[0023]在實施例3中，所用的N，N- 二甲基甲醯胺用等體積的N，N- 二甲基乙醯胺替換，其他步驟與實施例3相同，得到單分散石墨烯負載納米鈀粒子。由圖5可見，所得產物是單分散石墨烯片層上負載的納米鈀粒子，粒子大小尺寸為45nm。
[0024]實施例5
[0025]將40mg氧化石墨加入SOmL N, N- 二甲基甲醯胺中，超聲分散至形成穩定的膠體溶液，即得到氧化石墨分散液，在攪拌條件下，向氧化石墨分散液中加入40mg醋酸鈀，然後移至高壓反應釜中，在密閉條件下160°C保溫反應48小時，得到單分散石墨烯負載納米鈀溶膠，該溶膠可在室溫下保持3個月穩定、無沉降。將單分散石墨烯負載納米鈀溶膠過濾，濾餅用N，N-二甲基甲醯胺洗滌後，在乾燥箱中於60°C條件下乾燥48小時，得到單分散石墨烯負載納米鈕粒子。
[0026]實施例6
[0027]將60mg氧化石墨加入30mL N, N-二甲基甲醯胺中，超聲分散至形成穩定的膠體溶液，即得到氧化石墨分散液，在攪拌條件下，向氧化石墨分散液中加入2mg醋酸鈀，然後移至高壓反應釜中，在密閉條件下200°C保溫反應12小時，得到單分散石墨烯負載納米鈀溶膠，該溶膠可在室溫下保持3個月穩定、無沉降。將單分散石墨烯負載納米鈀溶膠過濾，濾餅用N，N-二甲基甲醯胺洗滌後，在乾燥箱中於60°C條件下乾燥48小時，得到單分散石墨烯負載納米鈕粒子。
【權利要求】
1.一種溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法，其特徵在於:將氧化石墨超聲分散於N，N-二甲基甲醯胺或N，N-二甲基乙醯胺中，得到氧化石墨分散液，所述的氧化石墨分散液中氧化石墨的質量體積比濃度為0.0l?2.0mg/mL，在攪拌條件下，向氧化石墨分散液中加入醋酸鈀，氧化石墨與醋酸鈀的質量比為I?100:1，在密閉條件下160?200°C保溫12?48小時，過濾、洗滌、乾燥，得到單分散石墨烯負載納米鈀粒子。
2.根據權利要求1所述的溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法，其特徵在於:所述的氧化石墨分散液中氧化石墨的質量體積比濃度為0.05?0.5mg/mL。
3.根據權利要求1所述的溶劑熱製備單分散石墨烯負載納米鈀粒子的方法，其特徵在於:所述的氧化石墨與醋酸鈀的質量比為1.2?30:1。
【文檔編號】B82Y40/00GK104069855SQ201410261339
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年8月5日 優先權日:2014年8月5日
【發明者】孫華明, 張瑩, 高子偉, 張偉強 申請人:陝西師範大學