本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料、制備方法及應(yīng)用，該材料是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮，制備方法包括下列步驟：1）將硅烷偶聯(lián)劑共價錨定在氧化石墨表面，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯(lián)的氧化石墨烯漿料；2）加入四丁基氫氧化銨水溶液、水合肼，抽濾，干燥得端基為雙鍵的硅烷偶聯(lián)的石墨烯粉末；3）依次將所得粉末、引發(fā)劑、N-乙烯吡咯烷酮加入乙醇溶劑中，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料。本發(fā)明專利技術(shù)制備的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，具有易分離的優(yōu)勢；在負(fù)載催化劑后，催化劑在載體表面分散均勻和尺寸均一；且在反復(fù)使用過程中，催化劑無脫落和團(tuán)聚。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于催化劑載體材料
，具體涉及一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料、制備方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
石墨烯是一種新型的碳材料，與碳納米管、富勒烯同屬碳家族的一員，2004年由英國Geim通過膠帶法剝離天然石墨制得。石墨烯具有規(guī)整的二維表面結(jié)構(gòu)，其特殊的單原子層結(jié)構(gòu)決定了它具有豐富而新奇的物理性質(zhì)。石墨烯具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，良好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性，且比表面積大，是一種理想的催化劑載體材料。但當(dāng)前關(guān)于石墨烯的研究主要集中在石墨烯的可控制備及其物理性質(zhì)，對它的化學(xué)性質(zhì)特別是催化特性的 研究相對較少。當(dāng)前，石墨烯負(fù)載金屬納米粒子的制備一般是通過原位還原方法使載體與金屬納米簇直接結(jié)合在一起，不能很好的滿足工業(yè)上對催化劑的需求。主要存在以下技術(shù)問題(I)石墨烯易團(tuán)聚，降低比表面積；(2)不能有效控制納米金屬在載體表面的分散與尺寸；(3)石墨烯在溶劑中分散性差，催化活性低。綜合以上的分析和討論，本專利技術(shù)著眼于提高石墨烯載體材料的分散性，擬以化學(xué)方法構(gòu)筑聚合物/石墨烯雜化材料，以此雜化材料為催化劑載體，以改善負(fù)載的納米金屬粒子的分散性和納米粒子的尺寸可控。學(xué)者們在構(gòu)筑聚合物/石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域已經(jīng)做了大量的工作，公開號為CN101864098A的專利公開了一種聚合物/石墨烯復(fù)合材料的原位還原制備方法，公開號為CN102424705A的專利公開了一種聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，公開號為CN102040714A的專利公開了一種聚合物接枝石墨烯的制備方法，三種方法分別通過溶液、熔融混合以及原位聚合法制備聚合物/石墨烯復(fù)合材料；但由于石墨烯易團(tuán)聚，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測相距甚遠(yuǎn)。為了改善石墨烯在聚合物基體中的分散性，學(xué)者們將聚合物通過反應(yīng)性官能團(tuán)與石墨烯片層共價結(jié)合在一起，顯著改善了石墨烯的分散性。如Salavagione等人(Macromolecules，2009, 42，6331-6334)利用氧化石墨的羧基和聚乙烯醇的羥基的酯化作用得到了由聚乙烯醇共價改性的石墨烯，使其分散性明顯改善。Fang等人(J. Mater.Chem.，2009，19，7098-7105)通過重氮鹽分解的方法對石墨烯進(jìn)行改性，再引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合；He等人(Chem. Mater. , 2010, 22, 5054-5064)通過疊氮化物與氧化石墨烯反應(yīng)；將聚合物鏈接枝到了石墨烯表面，改善了石墨烯在聚合物基體中的分散性。聚乙烯吡咯烷酮是一種生物相容性優(yōu)良的醫(yī)用高分子材料，如果將聚乙烯吡咯烷酮接枝到石墨烯表面，構(gòu)筑聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯復(fù)合材料，有望在催化、生物、載藥、傳感等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。公開號為CN101831130A的專利公開了一種將聚乙烯吡咯烷酮接枝到石墨烯表面的方法，該方法將聚乙烯吡咯烷酮和還原劑加到氧化石墨烯的水溶液中，利用水解后聚合物表面的羧基與氧化石墨烯表面的羥基發(fā)生反應(yīng)得到了“聚乙烯吡咯烷酮”接枝到石墨烯表面。然而該專利采用的方法的不足之處在于接枝的聚合物，從嚴(yán)格意義上來說，已經(jīng)不是聚乙烯吡咯烷酮；另外這種復(fù)合物材料以酯基作用同石墨烯結(jié)合在一起，耐酸、堿作用弱。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，以改善石墨烯的分散性和易分離性，實(shí)現(xiàn)納米粒子在石墨烯表面的分散和尺寸均一，阻止納米粒子的團(tuán)聚和脫落。本專利技術(shù)的第二個目的是提供一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法。本專利技術(shù)的第三個目的是提供一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，該材料是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法，包括下列步驟I)將10 IOOg氧化石墨加入I 3L水中，超聲分散lh，調(diào)節(jié)溶液pH為4 5，在惰性氣氛下加入5 20ml硅烷偶聯(lián)劑，回流12 48h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯(lián)的氧化石墨烯漿料；2)將步驟I)所得漿料用水稀釋至2 4倍，在惰性氣氛下，依次加入O. I O. 5L質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的四丁基氫氧化銨水溶液、O. 5 2L水合肼，回流6 12h，抽濾，水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯(lián)的石墨烯粉末；3)依次將硅烷偶聯(lián)的石墨烯粉末5 20g、引發(fā)劑O. 5 2g、N-乙烯吡咯烷酮50 200ml加入乙醇溶劑中，超聲O. 5 2h,在惰性氣氛下回流12 48h,抽濾,用蒸懼水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料。所述的硅烷偶聯(lián)劑是Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一種。所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲酰、過硫酸銨中的任意一種。一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應(yīng)用。負(fù)載金屬催化劑的方法是將聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料置于金屬鹽溶液中，控制體系pH值在3 5,充分?jǐn)嚢鐸 3h ;然后加入還原劑進(jìn)行還原,2 5h后停止反應(yīng)；抽濾，用蒸餾水洗至中性，干燥后得到負(fù)載型催化劑。所述的金屬鹽為三氯化釕，氯化鉬，氯化鈀，氯化鈷，氯化鎳，氯化銅中的任意一種。本專利技術(shù)的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料具有以下優(yōu)異的綜合性能將聚乙烯吡咯烷酮通過共價作用和石墨烯表面結(jié)合在一起作為催化劑載體材料，不僅可以發(fā)揮無機(jī)材料和有機(jī)材料復(fù)配的優(yōu)勢，還改善了石墨烯在極性溶劑中的分散性；實(shí)現(xiàn)了納米粒子在石墨烯表面的分散和尺寸均一；提高了載體材料與催化劑之間的界面結(jié)合力；使其在催化和反復(fù)使用過程中，避免了金屬納米粒子的團(tuán)聚和脫落程度，有效改善了負(fù)載型催化劑的穩(wěn)定性、活性和壽命。本專利技術(shù)提供的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法，可在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮有機(jī)層；同時本方法制備的聚乙烯吡咯烷酮雜化的石·墨烯催化劑載體材料，制備工藝簡單，無需特殊設(shè)備，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本專利技術(shù)的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應(yīng)用以聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料作為模板，可以誘導(dǎo)金屬納米簇的原位生長。附圖說明圖I為石墨烯材料在聚合前后的掃描電鏡圖；(a)石墨，(b)硅烷偶聯(lián)的石墨烯粉體，(C)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料；圖2為石墨烯材料在聚合前后的拉曼譜圖；(a)石墨，(b)硅烷偶聯(lián)的石墨烯粉體，(C)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料； 圖3為石墨烯材料在聚合前后的紅外圖譜；(a)石墨，(b)硅烷偶聯(lián)的石墨烯粉體，(C)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料；圖4為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料的透射電鏡圖；圖5為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料負(fù)載釕納米簇的透射電鏡圖；圖6為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料負(fù)載釕納米簇與石墨烯負(fù)載釕納米簇的催化性能比較；(a)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料負(fù)載釕納米簇，(b)石墨烯負(fù)載釕納米簇。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明實(shí)施例I本實(shí)施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，其特征在于：該材料是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭淑鴿，樊昕潔，羅潔，吳云驥，
申請(專利權(quán))人：河南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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