一種金鈀合金/氮化碳復合納米材料及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電催化劑，特指一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料及其制備方法和用途，尤其一種制備工藝簡單，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，具有良好電催化檢測雙氧水性能的復合材料制備方法。
技術(shù)背景
[0002]過氧化氫(H2O2)是一種被廣泛應用于食品、制藥、造紙、和化工行業(yè)的化學品。同時，它也是大量氧化酶催化反應的副產(chǎn)物，所以精確和快速檢測H2O2在生物化學和環(huán)境科學中具有重要意義；與H2O2測定的常規(guī)技術(shù)相比，電化學生物傳感無酶檢測H2O2具有成本低、易于制備、快速檢測、高選擇性、靈敏度等許多優(yōu)點；同時，可利用無酶參與的H2O2生物傳感器初步測試所制備大的Au-Pd/g-C3N4納米復合材料的電催化性能；類石墨型氮化碳(g_C3N4)是氮化碳中最穩(wěn)定的同素異形體，具有層狀結(jié)構(gòu)，無毒，原材料廉價等特點，在生物、催化和能源儲備方面都有很好的應用前景。
[0003]近年來，S-C3N4作為電催化劑，在燃料電池、電化學傳感器等眾多電化學領(lǐng)域中逐漸被廣泛研宄；但是，g_C3N4作為電催化材料也面臨著一些問題，如電催化活性依然有限、比表面積??；因此許多修飾型g_C3N4復合電催化材料相繼產(chǎn)生，例如:用金屬(Au、Ag、Pt)、半導體(Ti02，ZnO, Ag2O, WO3)、紅磷、氧化石墨稀等對g_C3N4進行修飾，均能有效提高其電催化效率；特別是金屬納米材料與g_C3N4復合，不僅可以有效的提高電子轉(zhuǎn)移速率，還可以提供較大的比表面積，從而提高復合物的電催化性能。
[0004]迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)有人用Au-Pd/g-C3N4雙金屬復合納米材料來檢測雙氧水，g_C3N4化學和物理性質(zhì)穩(wěn)定，制備原材料廉價易得，無毒，且以其為載體制備的Au-Pd/g-C3N4雙金屬復合材料，其工藝簡單，所得產(chǎn)品電催化活性好，在電化學檢測雙氧水領(lǐng)域具有重大應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種新的在低溫條件下，以簡易的油浴法合Au-PcVg-C3N4雙金屬復合材料的方法。
[0006]本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn):
(O制備類石墨碳化氮(g-C3N4):稱取尿素于半封閉的坩禍中，先烘干，然后轉(zhuǎn)移至程序升溫管式爐中煅燒，待自然冷卻至室溫后，取出，用研鉢研磨至粉末狀后，用0.1 mol.L-1的稀HNO3清洗數(shù)次，去除殘留堿性物種，再用蒸餾水和無水乙醇洗凈產(chǎn)物，離心，烘干(Nanoscale, 2012, 4，5300-5303);煅燒尿素的升溫速率為2.3°C/min，煅燒時間最短為4h0
[0007](2)制備雙金屬復合電催化材料:稱取g_C3N4粉體溶于純凈水中，超聲分散，再依次加入HAucl4溶液和H2Pdcl4溶液，磁力攪拌至混合均勻后，滴加NaBH4溶液，磁力攪拌均勻后，油浴反應，反應后冷卻到室溫，洗滌、離心分離、干燥后得到金鈀合金/氮化碳復合納米材料。
[0008]作為對比，制備單金屬復合電催化材料:具體實驗步驟同步驟(2)所述，但只加入HAuCl4溶液，或者只加入H 2PdCl4溶液。
[0009]所述g-C3N4:HAuCl 4:H2PdCl4質(zhì)量比分別為 100: 1.7: 2.4。
[0010]所述純凈水、HAuCl4溶液、H2PdCl4溶液和NaBH4溶液的體積比為100: 0.5: 0.94:20 ;所述NaBH4溶液的濃度為0.15 mol.廠1，HAuCl4溶液濃度為0.01 mol.廠1，H2PdCl4S液濃度為0.01 mol.L-1。
[0011 ] 所述溶解g_C3N4粉體的純凈水體積為??每0.1g g-C 3N4粉體添加10ml純凈水。
[0012]所述NaBH4溶液滴加的時間0.5~1.5 h。
[0013]所述油浴反應的溫度為80~120°C，反應時間為18~26 h。
[0014]所述超聲分散指:超聲機的功率為250 W，超聲時間為0.5 h。
[0015]利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、對產(chǎn)物進行形貌結(jié)構(gòu)分析，利用所制備的雙金屬復合材料修飾玻碳電極，并在N2飽和的0.2mol.Γ1 PBS溶液中進行雙氧水檢測的電催化性能研宄；其中PBS溶液為0.2 mol.Γ1Na2HPO4溶液和0.2 mol.L ―1 NaH2PO4S液以體積比為81:19的混合溶液，PH=7.4。
【附圖說明】
[0016]圖1為所制備單純g-C3N4和Au/g-c 3N4、Pd/g-C3N4和Au-Pd/ g-C 3N4復合材料的透射電鏡照片，從圖中可以看出金屬顆粒均勻分散在g_C3N4薄片表上。
[0017]圖2為所制備Au-Pd/ g_C3N4復合材料的XPS圖譜，由圖中可以看出，樣品中含有的C、N、Au、Pd元素，說明該類石墨型氮化碳復合電催化材料中含有Au、Pd元素。
[0018]圖3為單純g_C3N4和Au/g-C 3N4、Pd/g-C3N4、Au_Pd/ g_C3N4復合電催化材料對雙氧水檢測的循環(huán)伏安曲線圖，由圖中可以看出，Au-PcVg-C3N4雙金屬復合納米材料比其他單金屬復合電催化材料在電化學檢測雙氧水方面，表現(xiàn)出更好的電催化性能。
[0019]實施例1類石墨碳化氮(g_C3N4)的制備
g_C3N4的制備采用的是熱聚合尿素的方法；稱取10 g的尿素于半封閉的坩禍中，置于80°C干燥箱中48 h，然后將坩禍轉(zhuǎn)移至程序升溫管式爐中，將程序升溫管式爐以2.3°C/min的升溫速度加熱至550°C后保溫4 h，待自然冷卻至室溫后，取出，用研缽研磨至粉末狀后，用濃度為0.01 mol -L-1的稀HNO3清洗3次，去除殘留堿性物種，再用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，最后于80°C烘箱中干燥12 h?
[0020]實施例21%_1% Au-Pd/g-C3N4復合納米材料的制備
稱取0.1g g_C3N4粉體溶于10mL純凈水中，然后功率為250W的超聲機中超聲分散0.5 h，再加入 0.5 ml 0.01 mol.171 HAuCl4 溶液和 0.94 ml 0.01 mol.171 H2PdCl4溶液，磁力攪拌0.5 h，在I個小時內(nèi)滴加入20ml 0.15 mol.L—1 NaBH4溶液，磁力攪拌0.5 h ;然后100°C油浴24 h，冷卻到室溫，反應后冷卻到室溫，洗滌、離心分離、干燥后得到Au、Pd與g_C3N4質(zhì)量比均為1%的1%-1% Au-Pd/g-C3N4復合納米材料。
[0021]實施例3 2% Pd/g-C3N4復合納米材料的制備
稱取0.1g g_C3N4粉體溶于10ml純凈水中，然后在功率為250W的超聲機中超聲0.5h，再加入1.88ml 0.01 mol.L—1 H2PdCl4溶液，磁力攪拌30 min，完全混合后，在I個小時內(nèi)滴加20ml 0.15 mol.L-1 NaBH4溶液，磁力攪拌30 min后，在100°C下油浴反應24h時間；反應后冷卻到室溫，洗滌、離心分離、干燥后離心分離后，得到2% Pd/g-C3N4復合納米材料。
[0022]實施例4 2% Au/g_C3N4復合納米材料的制備
稱取0.1g g_C3N4粉體溶于10ml純凈水中，然后在功率為250W的超聲機中超聲0.5h，再加入Iml 0.01 mol.L-1 HAuCl4溶液，磁力攪拌30 min，完全混合后，在I個小時內(nèi)滴加20ml 0.15 mol.L-1 NaBH4溶液，磁力攪拌30 min后，在100°C下油浴反應24h時間；反應后冷卻到室溫，洗滌、離心分離、干燥后離心分離后，得到2% Au/g-C3N4復合納米材料。
[0023]實施例5 1%_1% Au-Pd/g-C3N4復合納米材料電化學檢測H2O2
0.5 mg 1%-1% Au-Pd/g_C3N4復合納米材料和10 μ L電解質(zhì)溶液(5 wt%)分散在I mL水-異丙醇混合溶劑中(3:1 v/v)，超聲分散至少30 min得到均相溶液，然后，將10 yL催化劑溶液滴在預處理過的玻碳電極上(GCE)，在室溫下晾干后得到1%_1% Au-Pd/g-C3N4修飾的玻碳電極。
[0024]電流和循環(huán)伏安法(CV)實驗是在CHI 650d電化學分析儀(CH儀器有限公司、上海)中進行的，采用自制的三電極電化學裝置的組成為:一個扭曲的鉑絲為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極(SCE)和修飾的玻碳電極作為工作電極(0.07 cm2);所有實驗溫度均為環(huán)境溫度，電解液為0.2 M的磷酸鹽緩沖溶液(PBS，pH= 7.4)，用高純氮氣進行至少30min并維持在氮氣氛圍中。
[0025]利用2% Pd/g-C3N4復合納米材料作為對比，由圖3中可以看出，Au_Pd/g-C3N4雙金屬復合納米材料比其他單金屬復合電催化材料在電化學檢測雙氧水方面，表現(xiàn)出更好的電催化性能。
【主權(quán)項】
1.一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料，其特征在于:金屬Au和Pd顆粒均勾分散在g-C3N4薄片表上，Au、Pd與g-C 3N4質(zhì)量比均為0.0l:1。
2.如權(quán)利要求1所述的一種金鈀合金/氮化碳復合納米材料在電化學檢測雙氧水中的用途。
3.如權(quán)利要求1所述的一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料的制備方法，其特征在于:稱取g_C3N4粉體溶于純凈水中，超聲分散，再依次加入HAucl4溶液和H 2Pdcl4溶液，磁力攪拌至混合均勻后，滴加NaBH4溶液，磁力攪拌均勻后，油浴反應，反應后冷卻到室溫，洗滌、離心分離、干燥后得到金鈀合金/氮化碳復合納米材料。
4.如權(quán)利要求3所述的一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述 g-C3N4:HAuCl 4:H2PdCl4質(zhì)量比分別為 100: 1.7: 2.4。
5.如權(quán)利要求1所述的一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述純凈水、HAuCl4溶液、H2PdCl4溶液和NaBH4S液的體積比為100: 0.5: 0.94: 20 ;所述NaBH4溶液的濃度為0.15 mol.L ―1，HAuCl4溶液濃度為0.01 mol.L ―1，H2PdCl4溶液濃度為0.01 mo I.L10
6.如權(quán)利要求1所述的一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述溶解g_C3N4粉體的純凈水體積為，每0.1g g-C 3N4粉體添加10ml純凈水。
7.如權(quán)利要求1所述的一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述NaBH4溶液滴加的時間0.5~1.5 h。
8.如權(quán)利要求1所述的一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述油浴反應的溫度為80~120°C，反應時間為18~26 h。
9.如權(quán)利要求1所述的一種金鈕合金/氮化碳復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述超聲分散指:超聲機的功率為250 W，超聲時間為0.5 ho
【專利摘要】本發(fā)明涉及電催化劑，特指一種金鈀合金/氮化碳復合納米材料及其制備方法和用途。稱取g-C3N4粉體溶于純凈水中，超聲分散，再依次加入HAucl4溶液和H2Pdcl4溶液，磁力攪拌至混合均勻后，滴加NaBH4溶液，磁力攪拌均勻后，油浴反應，反應后冷卻到室溫，洗滌、離心分離、干燥后得到金鈀合金/氮化碳復合納米材料。所述復合納米材料能夠用于電化學檢測雙氧水。
【IPC分類】B01J27-24, G01N27-30
【公開號】CN104525239
【申請?zhí)枴緾N201510010717
【發(fā)明人】姜德立, 孟令玉, 陳敏
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月9日