[发明专利]石墨烯负载纳米镍粒子和钯粒子的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯负载纳米镍粒子和钯粒子复合材料及其制备方 法，属于催化材料制备领域。

背景技术

近年来的研究发现，众多催化剂对镁基储氢材料的吸放氢性能改善有良 好的效果。催化剂在提高金属氢化物的吸放氢速率方面起着重要作用，它能 快速有效地促进氢分子的分解。高效的催化剂，即使只添加微量也能极大地 提高材料的吸放氢性能。找到一种较为合适的催化剂来提高材料的储氢性能， 是研究的热点。

各种催化剂中，过渡族金属(如Ni、Cu、Pd和Co等)的研究较早，研究 者们比较全面地了解其对镁基合金储氢材料的催化效果和催化机理。Ni在低 温吸氢过程中，对氢气分子的解离和吸附有着很好的催化作用，能够有效地 催化氢气解离为氢原子，从而促进MgH₂的形成，提高体系的吸氢性能。Pd 能吸收大量氢气，在低温下(40～50℃)时即可释放出氢，且能够促进H₂分 子在储氢合金表面解离成H原子，降低了H的解离势垒，促进了氢的吸收和 释放，所以它是一种提高镁基储氢合金吸放氢性能非常理想的催化剂。

石墨烯作为一种新发现的纳米碳材料，是一种由碳原子构成的单层片状 结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的平 面薄膜，集优异的力学、热学、电学和磁学性能于一身。石墨烯是目前世上 最薄却也是最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管 和金刚石。石墨烯最大的特性之一是电子在其中的运动速度达到光速的 1/300，远远超过电子在其他导体中的运动速度，又比碳纳米管和硅晶体高。 石墨烯结构非常稳定，电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互 作用。迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。球磨等机 械作用很难破坏石墨烯的结构。因此，为了保证金属纳米粒子的稳定性，获 得较高的金属颗粒分散度，将金属纳米粒子负载在具有高比表面的石墨烯， 利用金属和石墨烯之间的相互作用和空间限制，使粒子间相互隔开以阻止它 们的迁移和聚集，使其在量很少的情况下发挥最高的活性。因此，急需开发 一种在石墨烯上负载多种金属纳米粒子的复合材料的制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯负载纳米 镍粒子和钯粒子的复合材料。该材料具有良好的催化性能，可以应用于催化 剂、储氢材料、电池材料及超级电容器等领域。

本发明的目的之二在于提供一种上述石墨烯负载纳米镍粒子和钯粒子复 合材料的制备方法。该方法可以有效控制产品的形貌和粒径，工艺简单，且 产物纯度高、金属粒子在石墨烯上负载的分散性好、尺寸均匀、粒径小且具 有良好的催化性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯负载纳米镍粒子和钯粒子的复合材料，其是在石墨烯表面上 负载有形貌规整、粒径分布均匀的纳米镍粒子和纳米钯粒子，其中，在所述 复合材料中，所述石墨烯的质量百分比为40％～80％，所述纳米镍粒子的质量 百分比为10％～30％，所述纳米钯粒子的质量百分比为10％～30％。

上述石墨烯负载纳米镍粒子和钯粒子的复合材料，作为一种优选实施方 式，在所述复合材料中，所述纳米镍粒子与所述石墨烯的质量比为0.125-0.8:1 (比如0.15:1、0.175:1、0.20:1、0.225:1、0.25:1、0.35:1、0.45:1、0.55:1、0.65:1、 0.70:1、0.725:1、0.75:1)；更优选地，在所述复合材料中，所述纳米镍粒子 与所述纳米钯粒子的质量比为1:1。

上述石墨烯负载纳米镍粒子和钯粒子的复合材料，作为一种优选实施方 式，在所述复合材料中，所述纳米镍粒子的平均粒度为20-28nm(比如21nm、 21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm)，所述纳米钯粒子的平 均粒度为6-14nm(比如7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm)。

上述石墨烯负载纳米镍粒子和钯粒子的复合材料的制备方法，包括如下 步骤：

步骤一，石墨烯负载纳米镍粒子粉末的制备；