【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新材料及光催化领域，具体公开了一种在水溶液中合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法。
技术介绍
1、太阳能作为最安全、稳定并可持续提供的清洁能源，每年能够到达地球表面的能量约为120tw。从太阳能的光谱构成来看，超过50％的太阳光辐射能量是在可见光区域，最大能量波长更是在475nm左右，通过可见光照激发某类物质，使物质中的电子发生跃迁，经过电子转移的系列反应可制备出所需要的材料。因此，充分高效利用太阳能中的可见光照催化是一种清洁高效更具有实际意义的材料制备途径。
2、现在文献中报道的纳米粒子合成的方法需要向反应体系提供一定的热能或者通过一些手段在体系内部产生热量的方法来实现，目前主要的合成方法主要包括以下几种：微乳液法，热分解法，水热和溶剂热法，溶胶-凝胶法，相转移法，微波法，液-液界面法以及使用离子液体的方法等。与传统的合成方法相比较，可见光照下纳米粒子的合成可以在常温常压水溶液中进行，具有制备工艺简单、低能耗、原料来源广泛、粒径分布均匀等优点。
3、新型二维纳米材料石墨烯由于其特殊的结构，具有高比表面积、高导电性、高电子迁移率、高透光率以及优异的吸附性能等优点，将其作为载体加入纳米粒子制备过程中可以调控表面纳米粒子的成核和生长，从而加快光催化反应进行并获得理想元素组成和特殊结构形貌的纳米复合材料。
4、合金催化剂由于两种金属之间存在的协同作用可以使得金属之间存在电子转移，而使催化效果与单种金属催化剂相比起来更加优异。相比贵金属基催化剂，廉价非贵金属催化剂储量丰富、种类繁多，
5、氨基硼烷作为最简单的b-n化合物，具有氢含量高(19.6wt％)，能溶于水和甲醇等极性溶液，稳定性好等优点，使其成为非常有前途的储氢材料候选者。目前贵金属基催化剂的研究最为系统和成熟，但其稀缺性和昂贵的价格极大地制约了其在催化反应中的应用。
6、硝基苯属于典型的难降解有机物，通常是过渡金属基催化剂在加压h2下催化硝基苯加氢合成的苯胺，同样高价格和稀缺性限制了它们的应用。通过金属基催化剂的活化可以实现氨基硼烷在串联体系中分解产生大量氢气，从而吸附于金属催化剂表面生成活性氢，诱导硝基苯催化原位加氢反应合成相应的苯胺，该合成策略使其在处理有机难降解污染物方面具有广阔的应用前景。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种在水溶液中合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，该方法在常温常压下使用模拟太阳光中可见光段的led灯作为光源，在存在有机染料分子荧光素作光敏剂、三乙醇胺作电子牺牲剂，石墨烯作支撑材料的水溶液体系中，还原金属氯化铁盐、氯化镍盐生成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料，克服传统材料制备的工艺复杂、高能耗的缺陷，具有工艺简单，低能耗、抗氧化、原料来源广泛、粒径分布均匀等优点。采用本专利技术的纳米复合材料实现了催化氨基硼烷分解产氢和串联还原硝基苯加氢为苯胺，为廉价金属催化剂催化分解氨基硼烷和处理硝基苯有机难降解污染物提供应用前景。
2、本专利技术的具体技术方案如下：
3、专利技术人首先提供了一种在水溶液中合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，包括以下步骤：
4、首先常温常压下在混合溶剂中按照摩尔比为1：1加入六水合氯化铁(fecl3·6h2o)和六水合氯化镍(nicl2·6h2o)的混合金属盐，之后加入有机染料荧光素(fl，c20h12o5)，其与上述混合金属盐的摩尔比为10：1；同时按照每毫摩尔金属盐加入50mg的石墨烯；石墨烯与混合溶剂的质量体积比为1：6毫克每毫升，混合溶剂中三乙醇胺(teoa)的体积占比为1.25％，去离子水的体积占比为98.75％；
5、将上述物质按比例混合均匀，通入高纯氮气除氧30分钟；将去氧混合溶液置于可见白光led光源下光照并搅拌2h，制备得到g/feni纳米复合材料；所述可见白光led光源，λ≥420nm，30×3w。
6、进一步的，所述反应过程中各物质的作用为：
7、有机染料分子荧光素c20h12o5作为光敏剂，氯化铁盐、氯化镍盐作为催化剂的前体，三乙醇胺作电子牺牲剂，二维石墨烯作支撑材料的情况下，在纯水溶液中通过可见白光led光照直接还原fe3+、ni2+生成具有良好结晶性、稳定的铁镍合金纳米粒子。
8、上述反应过程中反应机理为：
9、三乙醇胺(teoa)具有三个可以配位的羟基，可以与金属粒子发生配位生成金属配合物，在碱性溶液体系中存在金属离子与teoa以及oh-配位平衡，光还原过程一开始涉及金属离子从m-teoa(m代表金属粒子)配合物前体上解离下来并且与oh-配合物生成金属氢氧化物，再经历光照下还原为纳米粒子。光照下荧光素(fl)会达到激发态生成单重态的荧光素(1fl*)，单重态的荧光素会把激发态的电子转移给金属配合物前体，促使金属离子解离并还原生成金属纳米粒子。
10、在光照前的均相溶液体系中加入二维石墨烯作支撑材料，在光照过程中，石墨烯可以调控纳米粒子生长的大小和形貌，光还原生成了粒径大小均匀统一球形的feni纳米粒子均匀附着生长在石墨烯表面与其稳定结合形成纳米复合材料；
11、石墨烯作为支撑材料形成纳米复合材料调控纳米粒子形貌并且赋予合金粒子更大的比表面积和丰富的暴露活性位点进而使材料催化效率和稳定性进一步提高。
12、上述制备获得的g/feni纳米复合材料为溶液态，其需要静置30分钟，倒掉上清液，加入少量去氧无水乙醇，超声10分钟清洗，离心10分钟，重复3次，最后用去氧丙酮洗涤，离心，放入60℃下真空干燥1小时，研磨，收集得到g/feni纳米复合材料，此时附着在层状石墨烯上的feni纳米材料粒径为50nm左右，且纳米材料呈粒径较均匀的球形纳米颗粒稳定负载在石墨烯片状材料层面上。
13、上述获得的g/feni纳米复合材料是由粒径统一均匀的球形feni纳米材料稳定附着在石墨烯上，形成夹层状的复合材料，赋予了合金粒子更大的比表面积和丰富的暴露活性位点，而且金属粒子负载在导电石墨烯碳材料上不容易发生团聚失活，使其在后续的应用性利用中催化活性更加优异。
14、获得上述g/feni纳米复合材料后专利技术人进一步公开其具体应用如下：
15、主要用于催化氨基硼烷分解和串联处理硝基苯有毒污染物的应用，其具体使用过程如下：氨基硼烷的用量不需要进行具体限制，但是为了方便说明下述以加入0.05g氨基硼烷为例；
16、在上述纳米复合材料制备过程中，再加入石墨烯后直接加入0.05g氨基硼烷，一旦纳米粒子生成，1fl*可以转移电子给g/feni进一步催化分解氨基硼烷产生氢气。
17、或是利用制备后的复合材料与氨基硼烷混合使用：取0.05g上述制备的g/feni纳米复合材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在水溶液中合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，其特征在于：
4.根据权利要求1或3所述合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，其特征在于：
5.权利要求1所述方法制备得到的G/FeNi纳米复合材料在催化氨基硼烷分解、以及串联处理硝基苯中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种在水溶液中合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述合成铁镍合金负载石墨烯纳米复合材料的方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述合成铁镍合金负载石墨烯纳米复...
【专利技术属性】
技术研发人员：王传军，赵鑫，王国强，刘燊杰，张怡宁，吕晓青，周昊，张家骏，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。