[发明专利]一种基于石墨烯/碳纳米管的二氧化锰/银复合纳米材料的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种基于石墨烯/碳纳米管的二氧化锰/银复合纳米材料的制备方法，该方法首先利用碳纳米管优异的表面特性，将其表面修饰聚多巴胺；然后再将石墨烯静电吸附在聚多巴胺表面；再利用聚多巴胺本身具有的还原性，将银离子原位还原形成银纳米颗粒并沉积在石墨烯表面；最后将二氧化锰纳米颗粒均匀沉积在石墨烯表面，最终形成一种基于石墨烯/碳纳米管的二氧化锰/银复合纳米材料。本发明充分利用了石墨烯和碳纳米管本身的优异特性，再结合二氧化锰和银纳米颗粒自身优异的催化活性，形成的复合催化剂不仅对ORR具有高的电催化活性，而且对OER也具有高的电活性，可以作为阴极材料应用于可充电的金属－空气电池，具有广泛的应用价值。

主权项

1.一种基于石墨烯/碳纳米管的二氧化锰/银复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）聚多巴胺修饰的碳纳米管CNT@PDA的制备：首先，将多壁碳纳米管（CNT）进行酸化处理，将三（羟甲基）胺基甲烷加入到异丙醇和纯水组成的混合溶剂中，搅拌溶解后，再加入酸化CNT颗粒，将所得混合物超声处理；随后加入多巴胺，室温下充分搅拌，反应完成后，离心分离，所得固体洗净，60^oC下真空干燥，得到CNT@PDA；（2）石墨烯在CNT@PDA表面覆盖制备CNT@PDA@GO：首先将氧化石墨烯（GO）与纯水混合，超声分散，制备浓度为0.4 mg mL^‑1的GO分散液；然后将CNT@PDA与纯水混合，超声分散，制备浓度为1.5mg mL^‑1的CNT@PDA分散液；最后取相同体积的上述两种分散液混合，并充分搅拌，随后离心分离，所得固体用纯水洗，室温下真空干燥，得到CNT@PDA@GO；（3）银纳米颗粒在CNT@PDA@GO上的自发沉积制备CNT@PDA@GO@Ag：将上述CNT@PDA@GO颗粒与纯水混合，超声分散，制备浓度为5 mg mL^‑1的CNT@PDA@GO分散液；接着，在超声搅拌下，将浓度为10 mmol L^‑1的AgNO₃溶液缓慢加入到上述CNT@PDA@GO分散液中，继续超声搅拌，最后离心分离，纯水洗，所得固体在60^oC下真空干燥，得到CNT@PDA@GO@Ag；（4）高温热处理CNT@PDA@GO@Ag制备CNT@C‑N@rG@Ag：将CNT@PDA@GO@Ag固体在氮气氛中，以5^oC min^‑1的升温速度加热到800^oC，并保温一定时间，随后自然冷却至室温，得到的固体为CNT@C‑N@rG@Ag；（5）二氧化锰纳米颗粒在CNT@C‑N@rG@Ag上沉积制备CNT@C‑N@rG@Ag‑MnO₂：将CNT@C‑N@rG@Ag颗粒与MnSO₄溶液混合，将混合物在搅拌下、水浴加热到80 ^oC，在此温度下将KMnO₄溶液逐滴加入，随后继续充分搅拌，将混合物冷至室温，所得固体过滤、水洗后，在40^oC下真空干燥，得到CNT@C‑N@rG@Ag‑MnO₂，即基于石墨烯/碳纳米管的二氧化锰/银复合纳米材料；所述MnSO₄溶液的浓度为2 ~ 20 mol L^‑1; 所述KMnO₄溶液的浓度为2 ~ 20 mol L^‑1。