CN109158121A - 具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法 - Google Patents
具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109158121A CN109158121A CN201810926469.6A CN201810926469A CN109158121A CN 109158121 A CN109158121 A CN 109158121A CN 201810926469 A CN201810926469 A CN 201810926469A CN 109158121 A CN109158121 A CN 109158121A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- hydrogen peroxide
- nitrogen
- doped graphene
- excellent detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 3
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 13
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims description 12
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 12
- 229940038773 trisodium citrate Drugs 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical compound [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims description 8
- QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol;hydron;chloride Chemical compound Cl.OCC(N)(CO)CO QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 3
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 claims description 2
- ZZVUWRFHKOJYTH-UHFFFAOYSA-N diphenhydramine Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(OCCN(C)C)C1=CC=CC=C1 ZZVUWRFHKOJYTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 12
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 11
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 2
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 9
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 9
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N Dopamine hydrochloride Chemical group Cl.NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229960001149 dopamine hydrochloride Drugs 0.000 description 2
- 238000007812 electrochemical assay Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 208000024827 Alzheimer disease Diseases 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 208000018737 Parkinson disease Diseases 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000835 electrochemical detection Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- RJHLTVSLYWWTEF-UHFFFAOYSA-K gold trichloride Chemical class Cl[Au](Cl)Cl RJHLTVSLYWWTEF-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 1
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/4166—Systems measuring a particular property of an electrolyte
- G01N27/4168—Oxidation-reduction potential, e.g. for chlorination of water
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，属于电催化材料制备技术领域。上述电催化材料的制备方法，包括：步骤1：大比表面积多孔氮掺杂石墨烯气凝胶的制备；步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体诱导制备哑铃状纳米金。本发明提供的具有优异检测性能的电催化材料的简单制备方法，制备的电催化材料的比表面积高达788m2/g，催化双氧水的还原电流高达140μA，还原电压仅为‑0.28V，大比表面积3D多孔碳材料与金属纳米粒子的组装，解决了金属纳米粒子在碳材料基底上易聚集，分布不均匀的问题，获得了高催化性能的电催化材料。
Description
技术领域
本发明涉及电催化材料的制备领域，特别涉及一种具有优异检测双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法。
背景技术
双氧水在工业、生物系统、制药等领域发挥着重要的作用，双氧水的浓度在研究阿尔茨海默病、心肌梗塞、帕金森病、癌症中是一个很重要的生物参数。因此，开发一种简单有效地检测双氧水浓度的方法尤其重要。目前，已报道很多检测双氧水浓度的方法，主要有分光光度法、荧光分光光度法、化学发光法、电化学检测法等。其中，电化学检测法相比其他方法更加简单、快捷、灵敏、低成本。然而，电化学检测双氧水时常需要过高的过电位，而且敏度较低。为了提高电极检测双氧水的催化活性，贵金属、合金、金属氧化物等纳米材料改进的电极已被应用于高灵敏检测双氧水。
在这些金属纳米催化剂中，基于Au的纳米金属可增强电极的导电性，促进电荷转移，还具有较高的稳定性和优异电催化活性，因此被广泛应用于双氧水催化。为了提高Au纳米粒子的电化学活性比表面积、催化活性和稳定性，通常将Au纳米粒子分散在导电性好、比表面积大、稳定性高的碳材料上。
然而，目前报道的碳材料支持的Au催化剂中大多存在负载的Au纳米粒子易聚集、分布不均匀、催化活性低等问题；另外，碳材料基底尤其是2D碳材料自身在制备过程中由于π-π堆积作用也易于聚集，使得负载的Au纳米金属颗粒的活性暴露面积减小，不利于催化活性的提高。
发明内容
为解决现有的碳材料负载的Au纳米粒子易聚集、分布不均匀、以及催化双氧水性能差等问题，本发明提供一种具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
本发明提供一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，包括：
步骤1：氮掺杂石墨烯气凝胶的制备；
步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体，诱导制备哑铃状纳米金。
其中，氧化石墨烯的直径大约为500nm单层氧化石墨烯片；多巴胺为盐酸多巴胺粉末。
进一步的，所述步骤1为：
11)氮掺杂石墨烯水凝胶的制备
将氧化石墨烯分散液和多巴胺在烧杯内混合，加料顺序为先放氧化石墨烯，再放入多巴胺粉末，充分搅拌后，将混合液转移到反应釜中，水热还原得到氮掺杂石墨烯水凝胶；
12)氮掺杂石墨烯气凝胶的制备
将得到氮掺杂石墨烯水凝胶从反应釜中小心取出，多次洗涤后，冷冻干燥，然后退火，即得氮掺杂石墨烯气凝胶。
进一步的，所述步骤11)中，氧化石墨烯分散液的分散剂是pH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液，氧化石墨烯与多巴胺的质量比为1:1，搅拌时间为0.5小时；水热还原反应温度为180℃，反应时间为12小时。
进一步的，所述步骤12)中，用水和无水乙醇交替洗涤3-5次；所述冷冻干燥时间为24小时；所述退火的温度为800℃，时间为5h，气氛为高纯氩气。
进一步的，所述步骤2为：
21)将氮掺杂石墨烯气凝胶加入到氯金酸中，搅拌使其均匀混合；
22)快速搅拌下分两次慢慢滴加还原剂柠檬酸三钠，两次滴加间隔3-5min，滴加完毕后再反应一段时间，停止加热；
23)离心洗涤后真空干燥，得到氮掺杂石墨烯负载的哑铃状纳米金复合物。
由于哑铃状纳米金是在以正在生长成的纳米金为晶种进行生长，所以需要二次加入柠檬酸三钠还原更多的氯金酸。
进一步的，所述步骤21)中，氮掺杂石墨烯气凝胶与氯金酸以及柠檬酸三钠的质量比为30:5:4-6.25。
优选的，所述氮掺杂石墨烯气凝胶与氯金酸以及柠檬酸三钠的质量比为30:1:5。
进一步的，所述步骤21)中，反应温度为130℃；
所述步骤22)中，柠檬酸三钠的滴加速度为1滴/s；第一次与第二次滴加柠檬酸三钠的质量比为5:3-7.5；所述滴加完毕后反应时间为3-5min；
优选的，所述第一次和第二次滴加柠檬酸三钠的质量比为1:1。
所述步骤23)中，离心洗涤的速度为1500rpm/min，离心时间为10min。
进一步的，所述柠檬酸三钠的浓度为1wt％。
优选的，所述步骤22)中，快速搅拌的参数为：500rpm/min。
在碳材料上掺杂的N原子不但可通过结合金属原子均匀分散金属纳米粒子，还可通过给附近的碳原子提供P电子来增加碳材料的电子密度和电子供给性质来增强催化性能。具有较高结合能的N原子还可增强碳材料表面键合电解质离子的能力，增加其表面润湿性，促进反应物和电解质溶液进入到电极表面。一条避免此问题的可能途径是用3D多孔碳材料作为骨架。3D多孔碳料材中的多孔结构不但可为电解质以及反应物的输送提供孔道，还可提供更多的催化剂负载位点，增加催化剂的活性暴露面积。另外，密集、小尺寸开放孔可缩短反应物和电解质在孔道内的输送距离，减少扩散时间，有助于提高电化学性能。因此，将纳米金负载在3D多孔大比表面积的氮掺杂石碳材料上解决了现有技术中Au纳米粒子易聚集、分布不均匀的问题，并提高其催化活性。
本发明提供了一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，具有以下有益效果：
1)本发明将以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体诱导哑铃状纳米金的生长，首次成功制备出哑铃状纳米金，哑铃状纳米金相对于其他形貌的具有独特的界面效应优势；
2)氮掺杂石墨烯上均匀分布的N原子可诱导哑铃状纳米金颗粒的形成，而且石墨烯大的比表面和丰富多孔结构可防止纳米金的聚集，增大活性暴露面积，提高催化性能；
3)本发明结合了氮掺杂石墨烯气凝胶与哑铃状纳米金独特的界面效应二者的优势，提高了二者复合材料的催化性能，催化双氧水的还原电流高达140μA，还原电压仅为-0.28V。
附图说明
图1为本发明实施例2制得哑铃状纳米金(DL-AuNPs)在氮掺杂石墨烯气凝胶(NGA)上的TEM照片；
图2为本发明实施例2和对比例1制备的哑铃状纳米金与氮掺杂石墨烯气凝胶的复合物(NGA@DL-AuNPs)氮掺杂石墨烯气凝胶(NGA)和催化双氧水的CV曲线。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图进行详细描述。
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述实施例中所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。其中，使用的氧化石墨烯粉料直径约为500nm，层数为单层的氧化石墨烯片；盐酸多巴胺为分析纯的白色粉体。
本发明提供一种具有优异检测双氧水性能的催化材料制备方法，具体物质用量及实验过程参见下述实施例。
实施例1：
一种具有优异检测双氧水性能的催化材料制备方法，包括：
步骤1：氮掺杂石墨烯气凝胶材料的制备
离心分离20.0mL氧化石墨烯分散液；将沉降物分散在20.0mL新配制的Tris-HCl缓冲溶液中，得到氧化石墨烯在Tris-HCl缓冲溶液中的分散液(2.0mg/mL)。然后，加入20.0mg多巴胺(DA)，搅拌30min。将混合物密封在50mL的高压反应釜中，180.0℃下反应12h，得到氮掺杂的石墨烯水凝胶。冷却到室温后，将氮掺杂的石墨烯水凝胶小心取出，分别用纯水和无水乙醇洗涤多次，冷冻干燥后800.0℃Ar气保护下退火3h，得到氮掺杂石墨烯气凝胶(NGA)；
步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶诱导哑铃状纳米金
在10mL烧杯中，加入5mL氯金酸(0.1wt％)，将3mg NGA加入其中，强烈搅拌130℃下，油浴加热至沸，然后逐滴加入0.4mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，沸腾3min后，再次逐滴加入0.3mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，继续反应5min后，停止加热，离心洗涤，得到哑铃状纳米金与氮掺杂石墨烯气凝胶的复合物(NGA@DL-AuNPs)。
对上述材料对其进行电化学催化双氧水检测，还原电流为110μA，还原电压仅-0.39V。
实施例2：
一种具有优异检测双氧水性能的催化材料制备方法，包括：
步骤1与实施例1中步骤1相同；
步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶诱导哑铃状纳米金
在10mL烧杯中，加入5mL氯金酸(0.1wt％)，将3mg NGA加入其中，强烈搅拌130℃下，油浴加热至沸，然后逐滴加入0.5mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，沸腾3min后，再次逐滴加入0.5mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，继续反应3min后，停止加热，离心洗涤，得到哑铃状纳米金与氮掺杂石墨烯气凝胶的复合物(NGA@DL-AuNPs)。
用透射电子显微镜观察上述制备的石头状纳米金与氮掺杂石墨烯气凝胶的复合物，如图1；由图1可知，纳米金呈哑铃状的颗粒，均匀的分布在氮掺杂石墨烯气凝胶上。对上述材料对其进行电化学催化双氧水检测，见图2，其还原电流为140μA，还原电压为-0.28V。
实施例3：
一种具有优异检测双氧水性能的催化材料制备方法，包括：
步骤1与实施例1中步骤1相同；
步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶诱导哑铃状纳米金
在10mL烧杯中，加入5mL氯金酸(0.1wt％)，将3mg NGA加入其中，强烈搅拌130℃下，油浴加热至沸，然后逐滴加入0.6mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，沸腾5min后，再次逐滴加入0.7mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，继续反应3min后，停止加热，离心洗涤，得到哑铃状纳米金与氮掺杂石墨烯气凝胶的复合物(NGA@DL-AuNPs)。
对上述材料对其进行电化学催化双氧水检测，还原电流为120μA，还原电压为-0.35V。
为进一步说明本发明制备的哑铃状纳米金与氮掺杂石墨烯气凝胶的复合物的性能，因篇幅有限，仅以实施例2为例，构建对比例如下。
对比例1
本对比例与实施例2中步骤1相同，仅制备氮掺杂石墨烯气凝胶材料。
对比例2
一种检测双氧水的催化材料制备方法，包括：
步骤1：石墨烯气凝胶的制备
离心分离20.0mL氧化石墨烯分散液；将沉降物分散在20.0mL新配制的Tris-HCl缓冲溶液中，得到氧化石墨烯在Tris-HCl缓冲溶液中的分散液(2.0mg/mL)。将混合物密封在50mL的高压反应釜中，180.0℃下反应12h，得到氮掺杂的石墨烯水凝胶。冷却到室温后，将氮掺杂的石墨烯水凝胶小心取出，分别用纯水和无水乙醇洗涤多次，冷冻干燥后800.0℃Ar气保护下退火3h，得到石墨烯气凝胶(GA)；
步骤2：以石墨烯气凝胶负载纳米金
在10mL烧杯中，加入5mL氯金酸(0.1wt％)，将3mg GA加入其中，强烈搅拌130℃下，油浴加热至沸，然后逐滴加入0.5mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，沸腾3min后，再次逐滴加入0.5mL柠檬酸三钠溶液(1wt％)，继续反应3min后，停止加热，离心洗涤，得到纳米金与石墨烯气凝胶的复合物。
对上述材料对其进行电化学催化双氧水检测，其还原电流为100μA，还原电压为-0.41V。
由上述实施例和对比例数聚可知，实施例制备的具有优异检测双氧水性能的催化材料，催化双氧水的还原电流高达140μA，还原电压仅为-0.28V，催化性能优异。本发明提供的具有具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，不仅工艺简单，将3D大比表面积多孔氮掺杂石墨烯气凝胶材料与具有优势形貌的哑铃状纳米金二者优势结合，获得具有优异催化性能的石墨烯和金属的复合材料。
所举的实验仅是本发明的较佳的实例，并不用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：氮掺杂石墨烯气凝胶的制备；
步骤2：以氮掺杂石墨烯气凝胶为前驱体，诱导制备哑铃状纳米金。
2.根据权利要求1所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1为：
11)氮掺杂石墨烯水凝胶的制备
将氧化石墨烯分散液和多巴胺在烧杯内混合，加料顺序为先放氧化石墨烯，再放入多巴胺粉末，充分搅拌后，将混合液转移到反应釜中，水热还原得到氮掺杂石墨烯水凝胶；
12)氮掺杂石墨烯气凝胶的制备
将得到氮掺杂石墨烯水凝胶从反应釜中小心取出，多次洗涤后，冷冻干燥，然后退火，即得氮掺杂石墨烯气凝胶。
3.根据权利要求1所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的分散剂是pH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液，氧化石墨烯与多巴胺的质量比为1:1。
4.根据权利要求2所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤11)中，搅拌时间为0.5小时；水热还原反应温度为180℃，反应时间为12小时。
5.根据权利要求4所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤12)中，用水和无水乙醇交替洗涤3-5次；所述冷冻干燥时间为24小时；所述退火的温度为800℃，时间为5h，气氛为高纯氩气。
6.根据权利要求1所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2为：
21)将氮掺杂石墨烯气凝胶加入到氯金酸中，加热搅拌使其均匀混合；
22)快速搅拌下分两次慢慢滴加还原剂柠檬酸三钠，两次滴加间隔3-5min，滴加完毕后再反应一段时间，停止加热；
23)离心洗涤后真空干燥，得到氮掺杂石墨烯负载的哑铃状纳米金复合物。
7.根据权利要求6所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯气凝胶与氯金酸以及柠檬酸三钠的质量比为30:5:4-6.25。
8.根据权利要求6所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤21)中，加热温度为130℃；
所述步骤22)中，柠檬酸三钠的滴加速度为1滴/s；第一次与第二次滴加柠檬酸三钠的质量比为5:3-7.5；所述滴加完毕后反应时间为3-5min；
所述步骤23)中，离心洗涤的速度为1500rpm/min，离心时间为10min。
9.根据权利要求6-8任一所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸三钠的浓度为1wt％。
10.根据权利要求6所述的具有优异检测双氧水性能的催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤22)中，快速搅拌的参数为：500rpm/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810926469.6A CN109158121B (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810926469.6A CN109158121B (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109158121A true CN109158121A (zh) | 2019-01-08 |
| CN109158121B CN109158121B (zh) | 2022-01-07 |
Family
ID=64895722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810926469.6A Active CN109158121B (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109158121B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111186832A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-22 | 西北工业大学 | 一种超低热导率氮掺杂石墨烯气凝胶及其制备方法 |
| CN113136056A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-07-20 | 慕思健康睡眠股份有限公司 | 一种导电氧化石墨烯胶乳及其制备方法和应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080057528A1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-03-06 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Detection of hydrogen peroxide released by enzyme-catalyzed oxidation of an analyte |
| CN102198398A (zh) * | 2011-04-08 | 2011-09-28 | 南京航空航天大学 | 有机相中合成石墨烯负载贵金属催化剂的制备方法 |
| CN103454417A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-18 | 济南大学 | 一种鳞状上皮细胞癌抗原生物传感器的制备方法及应用 |
| CN105665735A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-06-15 | 淮阴师范学院 | 一步制备掺氮石墨烯-金纳米粒子复合材料的溶剂热方法 |
| CN107607597A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-19 | 桂林电子科技大学 | 一种柿单宁‑石墨烯‑Pt复合材料修饰丝网印刷电极检测过氧化氢的方法 |
| CN107824220A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-23 | 东南大学 | 金纳米粒子‑石墨烯‑三聚氰胺海绵复合材料的制备方法 |
| CN108311144A (zh) * | 2018-01-04 | 2018-07-24 | 广东药科大学 | 一种哑铃状纳米金-铂复合催化剂及其制备方法 |
-
2018
- 2018-08-15 CN CN201810926469.6A patent/CN109158121B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080057528A1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-03-06 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Detection of hydrogen peroxide released by enzyme-catalyzed oxidation of an analyte |
| CN102198398A (zh) * | 2011-04-08 | 2011-09-28 | 南京航空航天大学 | 有机相中合成石墨烯负载贵金属催化剂的制备方法 |
| CN103454417A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-18 | 济南大学 | 一种鳞状上皮细胞癌抗原生物传感器的制备方法及应用 |
| CN105665735A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-06-15 | 淮阴师范学院 | 一步制备掺氮石墨烯-金纳米粒子复合材料的溶剂热方法 |
| CN107607597A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-19 | 桂林电子科技大学 | 一种柿单宁‑石墨烯‑Pt复合材料修饰丝网印刷电极检测过氧化氢的方法 |
| CN107824220A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-23 | 东南大学 | 金纳米粒子‑石墨烯‑三聚氰胺海绵复合材料的制备方法 |
| CN108311144A (zh) * | 2018-01-04 | 2018-07-24 | 广东药科大学 | 一种哑铃状纳米金-铂复合催化剂及其制备方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111186832A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-22 | 西北工业大学 | 一种超低热导率氮掺杂石墨烯气凝胶及其制备方法 |
| CN111186832B (zh) * | 2020-01-08 | 2023-02-03 | 西北工业大学 | 一种超低热导率氮掺杂石墨烯气凝胶及其制备方法 |
| CN113136056A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-07-20 | 慕思健康睡眠股份有限公司 | 一种导电氧化石墨烯胶乳及其制备方法和应用 |
| CN113136056B (zh) * | 2021-05-13 | 2022-12-30 | 慕思健康睡眠股份有限公司 | 一种导电氧化石墨烯胶乳及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109158121B (zh) | 2022-01-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110255606B (zh) | 一种放射状全无机钙钛矿纳米材料及其制备方法 | |
| CN109908904A (zh) | 一种过渡金属单原子催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108660473B (zh) | 一种基于MXene与过渡金属碳化物复合纳米结构的电解海水制氢催化剂及其合成方法 | |
| CN105562119B (zh) | 还原石墨烯负载碳化钼或钨催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110075902A (zh) | 一种缺陷型共价三嗪框架材料衍生材料催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110404532A (zh) | 一种湿化学研磨法制备贵金属团簇或单原子催化剂的方法 | |
| CN105642326B (zh) | 一种多孔碳负载金属复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110272035A (zh) | 一种以金属离子催化有机配体制备碳纳米笼的方法及其制备的碳纳米笼和应用 | |
| CN109675595B (zh) | 一种碳化钨/多孔碳复合材料及其制备方法和在电化学产氢中的应用 | |
| CN109485085B (zh) | 一种空心八面体氧化亚铜的制备方法 | |
| CN113151856B (zh) | 一种高熵合金磷化物纳米粒子催化剂的制备及其在电解水制氢中的应用 | |
| CN110201715B (zh) | 铁掺杂聚合物衍生的非贵金属co2还原复合催化剂、其制备方法及其应用 | |
| CN108930041A (zh) | 一种TiO2量子点/氮化碳/凹凸棒石复合材料的制备方法及其在光阴极防腐中的应用 | |
| CN105709736B (zh) | 一种镶嵌型Pt@CeO2纳米管复合催化剂的制备方法 | |
| CN109158121A (zh) | 具有优异催化双氧水性能的哑铃状纳米金的制备方法 | |
| CN104588014A (zh) | 一种一维ZnO材料表面沉积金纳米颗粒的方法 | |
| Fu et al. | N-doped hollow carbon tubes derived N-HCTs@ NiCo2O4 as bifunctional oxygen electrocatalysts for rechargeable Zinc-air batteries | |
| CN110404575A (zh) | Co2加氢制烃含碳铁基催化剂及其制备方法 | |
| CN109201101A (zh) | 具有优异催化双氧水性能的石头状纳米金的制备方法 | |
| CN116037954B (zh) | 一种金铱核壳纳米线及其制备方法 | |
| CN108531932B (zh) | 一种空心碳球封装Ru纳米颗粒电解水催化剂及其制备方法 | |
| CN102330149A (zh) | 枝状金纳米单晶的制备方法 | |
| CN113235126B (zh) | 二硫化钼纳米花负载氧化锌量子点及在合成氨电催化剂上的应用 | |
| CN109659574A (zh) | 复合正极材料及其制备方法、锂空气电池 | |
| CN106129423B (zh) | 一种石墨烯支撑Pd纳米花催化剂的制备方法及其产品和在甲酸燃料电池中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |