CN114433160B - 一种富勒烯c60衍生电催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，涉及催化剂制备技术领域。一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法：取800.0mg富勒烯C60溶于300.0mL对二甲苯中，搅拌后加30mL丙二胺，然后磁力搅拌；搅拌后所得混合液引流到分液漏斗中，静置分层，收集下层悬浊液；用0.1mol/L的盐酸溶液洗涤悬浊液，洗涤后离心并洗涤，悬浊液呈中性后，放入真空干燥箱干燥；之后取200.0mg干燥样品放于瓷舟，置于真空管式炉中煅烧，真空管式炉中以50‑100ml/min的流速通入氮气，以5‑10℃/min的升温速率升至300‑700℃，保温2‑6小时，即得富勒烯C60衍生电催化剂。本发明方法简便快捷，采用本发明方法制备的富勒烯C60衍生电催化剂具有稳定的石墨化结构、优异的电催化氧还原性能。

Description

一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法。
背景技术
自被发现以来，富勒烯C60便因其独特的物理、化学性质引起了科学界的普遍关注。C60是一种通过碳原子组成的分子，类似足球的形状，又称作足球烯，该分子比较稳定，拥有60个顶点、32个面，其中有12个正五边形面和20个正六边形面。C60不仅拥有金属光泽，还具有特殊的光学性质、较强的抗化学腐蚀性、耐高压性和磁性等优异的性能，在光、电、磁等领域有广阔的应用空间。科研工作者正对C60分子的结构、性质以及化学反应进行深入的研究，同时对其催化性能、超导性能、生物相容性、抗氧化性等方面的应用也进行了大量研究。
目前使用富勒烯C60制备电催化剂相关制备方法鲜有报道，因此，急需一种简便高效的制备方法。
发明内容
本发明提供了一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，采用本发明方法制备电催化剂的效率更高。
本发明涉及一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，制备步骤如下：
S1.取800.0mg富勒烯C60溶于300.0mL对二甲苯中，充分搅拌后，向溶液中加30mL丙二胺，然后用磁力搅拌机搅拌；
S2.用玻璃棒将磁力搅拌后的混合液引流倒入分液漏斗中，静置分层，用烧杯收集下层悬浊液；
S3.用0.1mol/L的盐酸溶液洗涤悬浊液，洗涤后的悬浊液倒入离心管中进行离心，离心后用去离子水洗涤，直至悬浊液呈中性，之后把离心洗涤后的悬浊液放入真空干燥箱进行干燥，得到干燥的样品；
S4.称取200.0mg步骤S3制备的样品放于瓷舟，然后置于真空管式炉中煅烧，真空管式炉中以50-100ml/min的流速通入氮气，以5-10℃/min的升温速率升至300-700℃，保温2-6小时，即得富勒烯C60衍生电催化剂。
进一步，步骤S1中磁力搅拌机搅拌至肉眼观察到富勒烯C60的深紫色褪去为止。
进一步，步骤S3中盐酸溶液洗涤悬浊液的次数为一次。
进一步，步骤S3的离心条件：转速10000r/min，时间10min。
进一步，步骤S3中真空干燥箱的干燥温度为60℃，干燥时间为24h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明方法利用有机碱(丙二胺)对富勒烯C60进行衍生化，然后通过高温热处理，得到的碳材料表现出优异的电催化氧还原性能。
2、本发明方法制备的富勒烯C60衍生电催化剂，石墨化结构更好，石墨化结构的无序程度更高，颗粒尺寸更小，表面粗糙度增加，且在碱性条件下具有良好的ORR性能。
附图说明
图1为不同温度及热处理时间制备的富勒烯衍生的电催化剂的XRD图；
图2为不同温度及热处理时间制备的富勒烯衍生的电催化剂的扫描电镜SEM图；
图3为不同温度及热处理时间制备的富勒烯衍生的电催化剂的氧还原性能(ORR)的线性伏安扫描(LSV)图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
本发明揭示了一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，制备步骤如下：
S1.取800.0mg富勒烯C60溶于300.0mL对二甲苯中，充分搅拌，使富勒烯C60溶解后，向溶液中加30mL丙二胺，然后在室温下使用磁力搅拌机搅拌上述混合液，搅拌至肉眼观察到富勒烯C60的深紫色褪去为止；
S2.用玻璃棒将磁力搅拌后的混合液引流倒入分液漏斗中，静置分层，用烧杯收集下层悬浊液；
S3.用0.1mol/L的盐酸溶液洗涤悬浊液一次，洗涤后的悬浊液倒入离心管中进行离心，转速10000r/min，离心时间10min，离心后用去离子水洗涤，直至悬浊液呈中性，之后把离心洗涤后的固体放入真空干燥箱干燥，干燥温度60℃，干燥时间24h，之后得到干燥的样品；
S4.称取200.0mg步骤S3制备的样品放于瓷舟，然后置于真空管式炉中煅烧，真空管式炉中以50-100ml/min的流速通入氮气，以5-10℃/min的升温速率升至300-700℃，保温2-6小时，即得富勒烯C60衍生电催化剂。
实施例1
1)有机碱反应的富勒烯C60衍生物制备
取800.0mg富勒烯C60溶于300.0mL对二甲苯中，用搅拌棒充分搅拌，使富勒烯C60完全溶解解，然后向溶液中加30mL丙二胺，之后于室温下使用磁力搅拌机搅拌上述混合液，搅拌至肉眼观察到富勒烯C60的深紫色褪去为止；
然后用玻璃棒将磁力搅拌后的混合液引流倒入分液漏斗中，静置分层，呈现下层悬浊液，上层无色液体，下层悬浊液为所需样液，用烧杯进行收集，收集过程中下层悬浊液沿烧杯壁下流；
之后用0.1mol/L的盐酸溶液洗涤悬浊液一次，洗涤后的悬浊液倒入离心管中进行离心，离心转速10000r/min，离心时间10min，离心后用去离子水洗涤，直至固体呈中性，之后把离心洗涤后的固体放入真空干燥箱中干燥，干燥温度60℃，干燥时间24h，之后得到干燥的样品；
2)富勒烯C60衍生的电催化制备
称取200.0mg干燥后的样品放于瓷舟，然后将瓷舟及样品置于真空管式炉中煅烧，真空管式炉中以50ml/min的流速通入氮气，以5℃/min的升温速率升至700℃，保温2h，即得富勒烯C60衍生电催化剂。
实施例2
本实施例制备富勒烯C60衍生电催化剂的步骤与实施例1相同，但本实施例真空管式炉的热处理温度为300℃，热处理时间为6h。
实施例3
本实施例制备富勒烯C60衍生电催化剂的步骤与实施例1相同，但本实施例真空管式炉的热处理温度为500℃，热处理时间为4h。
经实施例2和实施例3制备的富勒烯C60衍生电催化剂的XRD图、扫描电镜SEM图和线性伏安扫描(LSV)图变化不大，故未提供其对应的说明书附图。
对比例
称取200.0mg C60放于瓷舟中，然后将瓷舟及样品置于真空管式炉中煅烧，真空管式炉中以50ml/min的流速通入氮气，以5℃/min的升温速率升至700℃，保温2h，即得富勒烯C60直接加热热处理的电催化剂。
XRD分析
图1为实施例1和对比例制备的催化剂的XRD图谱，从图1可以看出，不同方法制备的富勒烯衍生的催化剂在2θ＝10.4°、2θ＝18.6°、2θ＝27.9°和2θ＝43.5°左右出现了四个衍射宽峰，与原始的C60不相同，C60的XRD图谱在2θ＝11.0°、17.9°、20.9°和21.8°处显示为强烈的尖峰，分别对应于高晶态C60的(111)、(220)、(311)和(222)面，表明通过衍生化反应和直接的高温煅烧高度结晶的C60，结晶度降低，转化成了非结晶态的物质。而直接热处理煅烧的C60在相应峰位置仍可见尖锐峰，其仍保留部分C60的晶态结构，而通过丙二胺衍生化的C60经热处理后的峰形更宽，表明样品存在无序的石墨化结构。
SEM分析
图2为实施例1和对比例中所得的催化剂的扫描电子显微镜图，从图中可以看出，不同制备方法合成的催化剂形貌都不规则。C60直接热处理制备的催化剂部分具有长块状结构，且其表面更为光滑，而C60经丙二胺衍生化热处理制备的催化剂颗粒尺寸更小，表面呈现出多孔的结构。
LSV曲线分析
从图3可以看出(经有机碱丙二胺衍生物制备的催化剂是图3中左端起始点位于下侧的线型)，实施例1和对比例中所得的催化剂在氧气饱和下均具有ORR性能，其氧还原起始电位相当，但是经有机碱丙二胺衍生物，经热处理后的催化剂在0.1M的氢氧化钾中其电流密度明显大于C60直接热处理的催化剂。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
S1.取800.0mg富勒烯C60溶于300.0mL对二甲苯中，充分搅拌后，向溶液中加30mL丙二胺，然后用磁力搅拌机搅拌；
S2.用玻璃棒将磁力搅拌后的混合液引流倒入分液漏斗中，静置分层，用烧杯收集下层悬浊液；
S3.用0.1mol/L的盐酸溶液洗涤悬浊液，洗涤后的悬浊液倒入离心管中进行离心，离心后用去离子水洗涤，直至悬浊液呈中性，之后把离心洗涤后的悬浊液放入真空干燥箱进行干燥，得到干燥的样品；
S4.称取200.0mg步骤S3制备的样品放于瓷舟，然后置于真空管式炉中煅烧，真空管式炉中以50-100mL/min的流速通入氮气，以5-10℃/min的升温速率升至300-700℃，保温2-6小时，即得富勒烯C60衍生电催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中磁力搅拌机搅拌至肉眼观察到富勒烯C60的深紫色褪去为止。
3.根据权利要求1所述的一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中盐酸溶液洗涤悬浊液的次数为一次。
4.根据权利要求1所述的一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3的离心条件：转速10000r/min，时间10min。
5.根据权利要求1所述的一种富勒烯C60衍生电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中真空干燥箱的干燥温度为60℃，干燥时间为24h。
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