【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池，尤其是涉及一种负载金属的卷纸型氧化石墨烯及其制备方法和应用。
技术介绍
1、作为一种高效地能量转化装置，质子交换膜燃料电池(proton exchangemembrane fuel cell，pemfc)能够直接将氢气和氧气中的化学能通过电化学反应转化为电能,并且只生成水作为产物。燃料电池膜电极(membrane electrode assembly，mea)作为燃料电池的重要组成部分，由阴极，阳极催化层、质子交换膜、阴极，阳极气体扩散层组成。
2、催化层作为电化学反应发生的场所，氢气和氧气经扩散到达催化剂表面，同时生成水，是膜电极的关键组成部分。pemfc中常用的催化剂主要为基于铂的催化剂，例如铂碳或铂合金碳。铂催化剂提供良好的氢电化学活性和强酸介质中的良好耐久性。铂的高成本使得人们期望使其在燃料电池中的使用最小化，降低单位面积的铂载量。
3、氢燃料电池用的铂碳催化剂要求铂纳米颗粒粒径在2～5nm，粒径分布窄，在碳载体上分布均匀，不含有害物质(比如cl元素)，但是由于2～5nm的铂纳米颗粒的表面能非常大，很容易团聚，因此制备铂颗粒粒径为2～5nm且粒径分布窄，在碳载体上分散均匀的铂碳催化剂工艺难度非常大，这也是目前主要依赖进口的原因。传统的铂碳催化剂，纳米铂颗粒直接负载在碳载体表面或内部的孔道中，由于碳载体与铂颗粒结合力较弱，在使用过程中很容易造成铂颗粒的脱落。
4、cn115986151a公开了一种改性石墨烯纳米卷及其制备方法和应用，改性石墨烯纳米卷的制备
5、cn113877614a公开了一种改性石墨烯卷的制备方法，包括以下步骤：将mxene材料、石墨烯和水混合，得到mxene-石墨烯混合液，mxene材料和石墨烯的质量之和与水的体积之比为(0.1mg～1mg):1ml；将mxene-石墨烯混合液依次进行加热、液氮冷却和冷冻干燥，得到mxene-石墨烯卷；在mxene-石墨烯卷的表面负载金属颗粒。该方法为提高材料导电性采用mxene复合石墨烯，且其柔韧性等性能不足以使其卷曲成多层卷纸结构，或至卷曲成一层圆筒状就会发生断裂；此外，该方式与上一石墨烯卷的制备方法类似，采用热、液氮冷却和冷冻干燥，石墨烯材料的比表面积较低，铂负载量较高，铂容易发生流失。
6、因此，亟待开发一直既具有高的电化学活性面积和质量比活性，又由于弯曲石墨烯的保护作用，减少铂的流失，又能降低单位面积的铂载量的石墨烯类催化剂。
7、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种负载金属的卷纸型氧化石墨烯，所述负载金属的卷纸型氧化石墨烯具有由单层氧化石墨烯片通过卷曲形成的中空圆筒的卷纸型结构；且所述卷纸型氧化石墨烯上负载有贵金属。本方法通过利用石墨烯的特性，制备铂颗粒均匀分布、粒径可控型卷筒型石墨烯/pt基催化剂，既具有高的电化学活性面积(ecsa，electrochemical surface area)和质量比活性(ma，mass activity)，又由于弯曲石墨烯的保护作用，减少铂的流失，又能降低单位面积的铂载量，提高催化剂的使用寿命。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种负载金属的卷纸型氧化石墨烯的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：利用hummers氧化还原法制备氧化石墨烯；通过离心的方式分离出单层氧化石墨烯片；通过苯胺聚合的方式使贵金属负载于单层氧化石墨烯片上，并使得单层氧化石墨烯片发生卷曲，得到所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯。所述制备方法制备能够制备得到具有超高比表面积的单层氧化石墨烯；且氧化石墨烯表面存在大量的羟基和羧基，易于铂颗粒在氧化石墨烯表面生长并增加结合力；最后通过苯胺一方面调节溶液的ph值，另一方面利用其聚合作用，造成氧化石墨烯纳米片发生卷曲，使得在弯曲石墨烯的保护作用，减少铂的流失，又能降低单位面积的铂载量，提高催化剂的使用寿命。
3、本专利技术的目的之三在于提供一种所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯在制备燃料电池用催化剂中的应用。
4、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
5、第一方面，本专利技术提供一种负载金属的卷纸型氧化石墨烯，所述负载金属的卷纸型氧化石墨烯具有由单层氧化石墨烯片通过卷曲形成的中空圆筒的卷纸型结构；且所述卷纸型氧化石墨烯上负载有贵金属。
6、其中，所述负载金属的卷纸型氧化石墨烯的比表面积在500m2/g以上，例如可以是500m2/g、520m2/g、540m2/g、560m2/g、580m2/g、600m2/g、620m2/g、640m2/g、680m2/g、700m2/g、800m2/g、1000m2/g等。
7、在本专利技术中，所述卷纸型氧化石墨烯为具有超高比表面积的单层氧化石墨烯，比表面积至少在500m2/g以上，且本申请氧化石墨烯表面存在大量的羟基和羧基，易于贵金属颗粒在氧化石墨烯表面生长并增加结合力；且由单层氧化石墨烯片通过卷曲形成的中空圆筒的卷纸型结构更有利于降低单位面积的铂载量，且能够减少铂的流失，从而进一步提高催化剂的使用寿命。
8、优选地，所述卷曲的重叠的层数至少为2层以上，例如是2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层等，优选为3～5层。
9、优选地，所述卷纸型氧化石墨烯的外径为100～200nm，例如可以是100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm等，所述卷纸型氧化石墨烯的内径为50～100nm，例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm等。
10、优选地，所述卷纸型氧化石墨烯的长度为2～3μm，例如可以是2μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm、3μm等。
11、优选地，卷曲前所述单层氧化石墨烯片比表面积为1100～1300m2/g，例如可以是1100m2/g、1150m2/g、1200m2/g、1250m2/g、1300m2/g等。
12、优选地，所述负载金属的卷纸型氧化石墨烯比表面积为500～600m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负载金属的卷纸型氧化石墨烯，其特征在于，所述负载金属的卷纸型氧化石墨烯具有由单层氧化石墨烯片通过卷曲形成的中空圆筒的卷纸型结构；且所述卷纸型氧化石墨烯上负载有贵金属；
2.根据权利要求1所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯，其特征在于，所述卷曲的重叠的层数至少为2层以上，优选为3～5层；
3.根据权利要求1或2所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯，其特征在于，所述贵金属为铂颗粒；
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述利用Hummers氧化还原法制备氧化石墨烯具体包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述通过离心的方式分离出单层氧化石墨烯片具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯和水的质量比为1:(100～200)；
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述通过苯胺聚合的方式具体包括以下步骤：p>
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述含单层氧化石墨烯片的溶液的固含量为1～10wt％；
10.一种根据权利要求1～3中任一项所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯在制备燃料电池用催化剂中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种负载金属的卷纸型氧化石墨烯，其特征在于，所述负载金属的卷纸型氧化石墨烯具有由单层氧化石墨烯片通过卷曲形成的中空圆筒的卷纸型结构；且所述卷纸型氧化石墨烯上负载有贵金属；
2.根据权利要求1所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯，其特征在于，所述卷曲的重叠的层数至少为2层以上，优选为3～5层；
3.根据权利要求1或2所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯，其特征在于，所述贵金属为铂颗粒；
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的负载金属的卷纸型氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述利用hum...
【专利技术属性】
技术研发人员：申鹏，薛瑞芳，李奇，翟海朋，马洪科，龚正伟，陈雪松，
申请(专利权)人：未势能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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