一種FeP/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域,主要涉及一種FeP/石墨烯復(fù)合材料；本發(fā)明還涉及FeP/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨稀/無機(jī)納米復(fù)合材料因?yàn)榻Y(jié)合了石墨稀聞比表面積、聞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、聞導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)和無機(jī)納米材料納米尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于傳感、催化、儲(chǔ)能等技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]雖然石墨稀具有聞比表面積特點(diǎn)，但它的層間很容易重新堆置成石墨，失去聞比表面積特性。而納米材料由于其表面原子配位高度不飽和，具有很高的表面能，也很容易團(tuán)聚在一起，失去其應(yīng)有優(yōu)勢(shì)。制備石墨烯/無機(jī)納米材料復(fù)合材料，將納米材料固定在石墨烯的表面，一方面可以阻止石墨烯片層的重新堆疊，另一方面可以有效的分散納米顆粒，防止其團(tuán)聚，從而可以保持兩種材料的自身優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于石墨烯材料和無機(jī)納米材料之間的電子相互作用，會(huì)產(chǎn)生新的物理、化學(xué)特性。
[0004]傳統(tǒng)上，石墨烯/無機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法主要是以石墨烯或者氧化石墨烯為前驅(qū)體，通過無機(jī)納米材料在其上面異質(zhì)成核、長(zhǎng)大，形成石墨烯/無機(jī)納米復(fù)合材料。這種制備方法流程較長(zhǎng)，制備過程受多種因素影響，難以有效控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種FeP/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，該方法所制備的FeP/石墨烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)則，納米顆粒尺寸分布均勻。本發(fā)明采用以下具體方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]—種FeP/石墨烯復(fù)合材料,包括石墨烯片層及負(fù)載于石墨烯片層之間的納米粒子，所述納米粒子為FeP納米粒子和/或碳包覆FeP的納米粒子。
[0007]所述石墨烯片層的層數(shù)為1-20層，納米粒子的粒徑為2_50nm。
[0008]所述納米粒子于FeP/石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量擔(dān)載量為0.lwt.% _80wt.%。
[0009]所述FeP/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，
[0010](a)于去離子水中加入三聚氰胺、可溶性碳源和可溶性金屬鐵鹽，攪拌至完全溶解后得混合溶液；
[0011](b)于步驟(a)所述混合溶液中加入磷酸、五氧化二磷、可溶性磷酸鹽中的一種或兩種以上，攪拌至混合均勻后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥得沉淀物；
[0012](c)于惰性氣氛下對(duì)沉淀物進(jìn)行高溫處理，得FeP/石墨烯復(fù)合材料。
[0013]所述步驟(b)中可溶性碳源為葡萄糖、蔗糖、果糖、麥芽糖、乳糖、冰糖、殼聚糖、聚乙二醇、可溶性淀粉以及其它可溶性碳源中的一種或兩種以上。
[0014]所述步驟(b)中可溶性金屬鐵鹽為氯化鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、醋酸鐵、醋酸亞鐵、檸檬酸鐵、檸檬酸亞鐵、鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、亞鐵氰化鈉、硫酸亞鐵銨、氟化鐵、六氰合鐵酸鉀中的一種或兩種以上。
[0015]所述步驟(b)中的可溶性磷酸鹽包括磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鉀、磷酸氫鉀、磷酸二氫鉀、磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉中的一種或兩種以上。
[0016]所述步驟(a)中可溶性碳源與可溶性金屬鐵鹽中碳元素與鐵元素的摩爾比為10:1-10000:1 之間。
[0017]所述步驟(a)中可溶性碳源與三聚氰胺中碳元素與氮元素的摩爾比為1:10-1:1000之間。
[0018]所述步驟(b)中加入磷酸、五氧化二磷、可溶性磷酸鹽中一種或兩種以上的混合溶液中磷酸根的物質(zhì)的量與三聚氰胺的物質(zhì)的量的比為10:1-1:10ο
[0019]所述步驟(C)中惰性氣氛為氮?dú)?、氬氣或氦氣中的一種或兩種以上。
[0020]所述步驟(C)中高溫處理的條件為以1-100°C /min升溫至450_650°C，保溫
0.5-48小時(shí)，然后以1-1OO0C /min升溫至750-1100°C，保溫0.5-48小時(shí)。
[0021]本發(fā)明采用一步法制備石墨烯/FeP復(fù)合納米材料，在材料制備過程中，通過原位形成的“二維納米反應(yīng)器”，在其誘導(dǎo)和限制作用下生成石墨烯和FeP復(fù)合材料，而“二維納米反應(yīng)器”在高溫下分解即可得到FeP/石墨烯復(fù)合材料。該方法簡(jiǎn)單易行，易于放大生產(chǎn)，所制備的FeP/石墨烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)則，納米顆粒大小及尺寸分布均勻，具有良好的電催化性能。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明按照實(shí)施例1條件制備的FeP/石墨烯復(fù)合材料的不同放大倍數(shù)的SEM照片。
[0023]圖2為本發(fā)明按照實(shí)施例1條件制備的FeP/石墨烯復(fù)合材料的XRD衍射圖譜。
[0024]圖3為本發(fā)明按照實(shí)施例1條件制備的FeP/石墨烯復(fù)合材料的氧還原催化性能。
具體實(shí)施例
[0025]實(shí)施例1:
[0026]一種FeP/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，
[0027](a)于95°C去離子水中加入摩爾比為20:1:0.001的三聚氰胺、葡萄糖和三氯化鐵，攪拌至完全溶解后得混合溶液；
[0028](b)于步驟(a)所述混合溶液中加入磷酸，磷酸根與三聚氰胺的摩爾比為1:1，攪拌至混合均勻后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥得三聚氰胺磷酸鹽沉淀；
[0029](c)于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5°C /min升溫至600°C，保溫2小時(shí)，然后再以50C /min升溫至900°C，保溫2小時(shí)，冷卻后取出得FeP/石墨烯復(fù)合材料。
[0030]從圖1可以看出，所得到的材料非常規(guī)則，由整齊排列的剝離的片層材料構(gòu)成(圖1A)(圖1B)。這些剝離的片層厚度大概在I 一 5nm，片層上均勻分布著細(xì)小的納米顆粒，顆粒的尺寸在10 - 20nm之間(圖1C，圖1D)。
[0031]圖2為實(shí)施例1制備的FeP/石墨烯復(fù)合材料的XRD衍射圖譜。從圖中可以看出，除了 25。的碳峰以外，所有的圖譜能夠和FeP對(duì)應(yīng)很好，納米粒子由FeP組成。
[0032]圖3為采用實(shí)施例1制備的FeP/石墨烯復(fù)合材料作為氧還原電催化劑的電化學(xué)表征性能。電化學(xué)測(cè)試條件為:0.1M NaOH，催化劑載量為283g cm 2，對(duì)電極為鉬絲，參比電極為MM0(0.1NaOH)。其中圖3a為所制備的催化劑和商品鉬催化劑(JM20% Pt/C)的對(duì)比，可以看出在相同載量條件下，其氧還原催化活性接近于商品鉬催化劑。圖3b為為所制備的材料在線性伏安條件下的氧還原性能，從圖中可以明顯看出催化劑的起始電位為0.05V，在大極化區(qū)出現(xiàn)明顯的傳質(zhì)極化電流平臺(tái)。圖3c為通過圖3b計(jì)算得到的電子轉(zhuǎn)移數(shù)，可以看出其氧還原過程以4電子為主。這些結(jié)果表明所獲得的材料具有表優(yōu)異的氧還原催化活性。
[0033]實(shí)施例2:
[0034]一種FeP/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，
[0035](a)于95°C去離子水中加入摩爾比為10:1:0.001的三聚氰胺、葡萄糖和三氯化鐵，攪拌至完全溶解后得混合溶液；
[0036](b)于步驟(a)所述混合溶液中加入濃(35% )磷酸，磷酸根與三聚氰胺的摩爾比為4:5，攪拌至混合均勻后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥得三聚氰胺磷酸鹽沉淀；
[0037](c)于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5°C /min升溫至550°C，保溫2小時(shí)，然后再以50C /min升溫至950°C，保溫2小時(shí)，冷卻后取出得FeP/石墨烯復(fù)合材料。
[0038]本實(shí)施例獲得的FeP/石墨烯復(fù)合材料中石墨烯的層數(shù)在5