[发明专利]一种掺杂型石墨烯核壳型催化剂载体及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，其特征在于，所述载体是以金属或金属氧化物为内核，掺杂型石墨烯为壳的结构；

该金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体的制备方法包括以下步骤：

(1)准备均一反应溶液：将金属氧化物前驱体与多元醇持续搅拌，加入碱性溶液继续搅拌；其中前驱体与多元醇的摩尔比为0.01- 0.3：1；

或将金属前驱体搅拌分散在多元醇中，滴加氢氧化钠、氢氧化钾或氨水碱性溶液将pH调至10-12，搅拌60min-360min，反应温度120℃-180℃，反应时间0.5h-3h，其中前驱体与多元醇的摩尔比为1-10：1；

(2)离心洗涤：离心处理得到固体产物，采用乙醇和去离子水的混合溶液对产物进行离心洗涤，真空干燥，即得到金属氧化物或金属颗粒；

(3)金属/金属氧化物包裹掺杂型石墨烯：

采用化学气相沉积法，将金属氧化物或金属颗粒升温后，持续通入有机化合物气体，进行化学气相沉积包石墨烯，即可得到金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳结构的复合型催化剂载体；

所述金属氧化物前驱体为硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍、氯化锡、硝酸锆、硝酸铈、氯化铌、氯化钌、氯化钼、硝酸铝、氯化锌、氯化镓、氯化铋、氯化钒、正硅酸乙酯或钛酸四丁酯；

所述金属前驱体为硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍、氯化锡、硫酸铜、氯化钌、氯铂酸、氯金酸、氯化钯、氯化铱、硝酸银、氯化铑、硫酸锰、氯化钼、氯化锇或硝酸铬；

所述步骤(3)中的有机化合物气体为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二胺、二乙胺、三聚氰胺、尿素、苯胺、丁二醇、噻吩、柠檬酸、磷酸、氟化铵、碘化钾、硫酸镁、硼酸、氯化铵中的一种或几种；

所述石墨烯的掺杂元素为B、N、P、S、K、I、F、Cl、Mg中的一种或几种，所述的掺杂型石墨烯的厚度为2nm-10nm。

2.根据权利要求1所述的一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，其特征在于，作为壳结构的石墨烯壳中掺杂元素的含量为0.1wt％-10wt％。

3.根据权利要求1所述的一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，其特征在于，所述的金属氧化物为CoO、Co₃O₄、SiO₂、TiO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、NiO、SnO₂、ZrO₂、V₂O₅、CeO₂、Nb₂O₅、MoO₃、RuO₂、Bi₂O₃、GaO₂、ZnO、Al₂O₃中的一种，且所述的金属氧化物的直径为10nm-400nm。

4.根据权利要求1所述的一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，其特征在于，所述的金属为Fe、Co、Ni、Cu、Pt、Pd、Ru、Ir、Au、Sn、Ag、Rh、Mn、Mo、Os、Cr中的一种，所述的金属颗粒直径为5nm-100nm。

5.根据权利要求1所述的一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，其特征在于，将其应用于担载金属纳米颗粒催化剂，以金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳结构为载体，纳米金属颗粒为活性组分。

6.根据权利要求5所述的一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，其特征在于，担载的金属纳米颗粒为Pt、Pd、Au、Ag、Ru、Ir、Fe、Co、Sn、Ni、Cu、Os、Rh中的一种或几种的合金，担载量为10％-60％，担载的金属纳米颗粒直径为2-20nm。

7.根据权利要求6所述的一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，其特征在于，担载金属纳米颗粒催化剂的制备方法包括以下步骤：

将金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体与多元醇按质量比1:50-450混合，持续搅拌得到悬浊液；

将按质量比分散好的悬浊液：金属纳米粒子前驱体溶液＝1:0.1-1.0的比例在分散好的悬浊液中滴加金属纳米粒子前驱体溶液，通过NaOH将溶液的pH调到8-11，将悬浊液置于油浴中；

反应结束后，将物料冷却至室温后过滤，并先后用乙醇和水冲洗；

将洗涤后的物料在真空或惰性环境下干燥，即得到金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体担载金属纳米颗粒催化剂；

所述金属纳米粒子前驱体为氯铂酸、氯化钯、氯化金、硝酸银、氯化钌、氯化铑、氯化铱、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、氯化锡、氯化锇中的一种或几种。