[发明专利]一种石墨烯量子点-石墨烯复合材料及其制备方法与用途

说明书

技术领域

本发明提供了一种复合材料、制备方法及其用途，更具体而言，提供了一种石墨烯量子点-石墨烯复合材料及其制备方法与用途，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

在所有的燃料电池中，由于碱性燃料电池具有高能量、高功率、无污染的特点，而被人们认为是解决未来能源问题的重要电源装置之一。

在现有的碱性燃料电池中，催化剂特别是阴极氧还原催化剂主要为贵金属铂系催化剂，包括铂及铂类合金催化剂。但由于铂价格昂贵、资源匮乏，致使催化剂的成本很高；同时，在阴极的氧化环境下，铂及其载体的稳定性较差。基于上述理由，替代铂的非贵金属催化剂的研究受到人们的广泛关注。

近几年来，大量的研究工作都致力于开发高效且低成本的ORR(氧还原反应)电催化剂，其中包括对非金属碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管、介孔碳、碳量子点、活性炭等)进行了大量的研究。

在这些非金属碳纳米材料中，由于石墨烯是碳原子以sp²杂化呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，从而表现出优异的电学、光学、热和机械性能。进一步地，通过化学或者物理方法，将石墨烯进行修饰或改性可以进一步改善石墨烯的性质，拓宽石墨烯的应用领域。

在所有的研究中，化学掺杂是调整和研究石墨烯性质的一种非常重要且有效的途径。目前已经报道，杂原子(N、P、S、B等)掺杂的石墨烯具有比铂碳更好的活性和抗甲醇性能，而起主要作用的是由于材料的缺陷和边界效应引起的。

作为将石墨烯进行修饰或改性的现有技术，例如可列举如下：

CN103983672A公开了一种石墨烯-硫化物量子点复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将2-8mg氧化石墨烯加入到70ml去离子水中超声分散得到棕黄色悬浊液；(2)将0.266g醋酸锌或0.133g醋酸镉和0.228g硫脲依次加入上述悬浊液中，再加入1-5ml聚丙烯酸，用氨水调节溶液pH＝8-10；(3)将步骤(2)得到的溶液转移到水热反应釜中于160-200℃水热反应6-8h，冷却后，将水热反应釜底部的黑色沉淀分离，洗涤，烘干即制得石墨烯-硫化物量子点复合材料。

CN103833029A公开了一种高效多色荧光水溶性硫、氧共掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于在制备过程中将掺杂与材料制备合二为一，硫酸在反应中扮演两个角色，其一是提供掺杂硫源，其二是催化糖的分子内及分子间脱水，并使制备得到的硫、氧共掺杂石墨烯量子点具有结晶性良好的六角蜂窝状结构。所述硫、氧共掺杂石墨烯量子点具有水溶性、多色发光、性质稳定、规模化生产、制备成本低等特点。因此在生物荧光成像、发光二极管、激光二极管、太阳能电池、探测器、量子计算等领域有巨大的应用价值。

CN103441254A公开了锂离子电池用石墨烯/二氧化锡量子点复合电极材料的制备方法，通过利用湿化学法在相对温和的实验条件下合成了石墨烯负载的二氧化锡量子点，采用尿素作为还原剂还原氧化石墨，具有反应条件简单可控、生产成本低廉的优势。石墨烯的引入不仅可以提高复合材料的导电能力，同时又可对二氧化锡充放电过程中的体积变化起到有效的缓冲作用，因此此类复合材料显示出良好的循环稳定性。

CN103359727A公开了一种氧、氯共掺杂石墨烯量子点的制备方法，涉及氧、氯共掺杂石墨烯量子点的水热制备技术。其特征在于在水热条件和盐酸催化条件下，糖作为碳源和氧掺杂源，盐酸作为氯掺杂源，糖分子与盐酸缩水聚合形成水溶性氧、氯共掺杂石墨烯量子点。本发明的技术涉及往石墨烯量子点中同时引入氧和氯元素，从而增加石墨烯量子点中电子跃迁的有效能级，进而使得所述氧、氯共掺杂石墨烯量子点具有更优良的发光及发光调制性能。

CN102963934A公开了一种钨酸铋量子点及其与石墨烯复合材料的制备方法，包括步骤a：将可溶性铋盐和油酸钠溶于水中搅拌1小时以上形成含铋离子的乳液状第一前驱体溶液，所述第一前驱体溶液中油酸钠的摩尔浓度小于0.3mol/L；步骤b：将可溶性钨酸盐溶于水中，搅拌、超声分散均匀形成含钨酸根离子的第二前驱体溶液；以及步骤c：混合所述第一前驱体溶液和第二前驱体溶液，120-180℃水热合成12小时以上。由本发明方法获得的钨酸铋量子点及其与石墨烯复合材料，钨酸铋量子点尺寸在3nm左右，不仅具有极高的光催化活性，还具有极高的稳定性。