[发明专利]Pt纳米颗粒—碳纳米管复合材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及Pt纳米颗粒-碳纳米管复合材料、制备方法及应用，复合材料薄膜修饰电极及其制备方法，本发明在电化学生物传感器、燃料电池和催化领域有广泛应用，属于纳米材料领域。 

背景技术

碳纳米管(CNTs)独特的电学、化学和催化性能使其在诸多电化学器件中有着广泛的应用，如电流型生物传感器和燃料电池。此外，高度分散的金属催化剂颗粒如Pt、Au、Pd、Cu、Ag等也已被报道(K.Balasubramanian，M.Burghard，Analytical and Bioanalytical Chemistry，2006(385)：452-468.M.Yang，Y.Yang，Y.Liu，G.Shen，R.Yu，Biosensors and Bioelectronics，2006(21)：1125-1131.)可以应用在电流型生物传感器和燃料电池中，但是金属纳米颗粒易团聚，容易导致电极中毒。因此，将碳纳米管/金属颗粒复合，可以大大降低金属颗粒的团聚，提高金属催化剂的催化性能。另一方面碳纳米管本身具有很好的电催化活性，与金属颗粒复合可以综合碳纳米管和金属颗粒的优点(增强的电催化活性和增大的比表面积)，大大提高生物传感器和燃料电池的性能。在这些复合材料中，由于Pt的催化性能相对较好，碳纳米管与Pt颗粒的复合一直是一个研究的热点，但其难点是Pt颗粒在碳纳米管上的尺寸控制和分散性。 

目前，有多种将Pt纳米颗粒(PtNPs)与碳纳米管复合修饰电极的方法，如通过物理吸附将预先合成的PtNPs吸附在碳纳米管表面(V.Lordi，N.Yao，J.Wei，Chemistry ofMaterials，2001(13)：733-737.)；或通过电化学法将PtNPs从Pt的盐溶液中沉积在碳纳米管电极上(V.Lordi，N.Yao，J.Wei，Chemistry of Materials，2001(13)：733-737.X.Chu，D.Duan，G.Shen，R.Yu，Talanta，2007(71)：2040-2047.)。然而，物理吸附的PtNPs稳定性差，复合物在液体中稍有 

干扰即会造成PtNPs的团聚；而电化学沉积法制备Pt纳米颗粒-碳纳米管(PtNP-CNT)很可能同时还原H⁺(Y.Lin，X.Cui，C.Yen，C.M.Wai，TheJournal of Physical Chemistry B，2005(109)：14410-14415.)。一些研究者将碳纳米管在硝酸或硫酸中预处理，通过化学还原的方法制备PtNP-CNT复合物，然后将复合物薄膜修饰在电极上用于研究其电化学特性(J.Xie，S.Wang，L.Aryasomayajula，V.K.Varadan，Nanotechnology，2007(18)：65503-65512.Q.Shi，T.Peng，Y.Zhu，C.F.Yang，Electroanalysis，2005(17)：857-861.)。酸处理是一种通用的方法，它可以在碳纳米管表面产生一些酸性基团以便PtNPs很容易的连接在碳纳米管上。然而，这种预处理方法的弊端是很难控制Pt的颗粒尺寸及PtNPs在碳纳米管壁上的分布(M.M.Waje，X.Wang，W.Li，Y.Yan，Nanotechnology，2005 395-400.)，对复合物的电催化特性有很大的影响。因此，有必要寻找新的预处理碳纳米管的方法，以便得到尺寸均匀、分散性良好的PtNPs包裹碳纳米管。本发明拟从另一角度出发，使用NH₃预处理碳纳米管，使得碳纳米管外壁带有均匀的官能团，从而使得PtNPs均匀沉积在碳纳米管表面。与湿化学法预处理碳纳米管相比，NH₃预处理法更为方便且不易引入杂质。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pt纳米颗粒-碳纳米管复合材料、制备方法及应用。本发明是通过以氨气预处理的碳纳米管、柠檬酸钠、氯铂酸和甲醇为原料，将Pt纳米颗粒原位还原在碳纳米管外壁上，并将该复合材料分散在Nafion溶液中，滴在玻碳电极上自然干燥制得薄膜修饰电极。所提供的方法简单，操作方便，所用原料廉价易得，用于甲醇燃料电池效果良好，是一种适于工业生产的制备方法。 

由此可见，本发明包括制备Pt纳米颗粒-碳纳米管复合材料，然后制备Pt纳米颗粒-碳纳米管复合材料薄膜修饰电极现分别说明如下： 

一、Pt纳米颗粒-碳纳米管复合材料及制备