專利名稱：聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料、制備方法及應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于催化劑載體材料技術領域，具體涉及一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料、制備方法及應用。
背景技術：
石墨烯是一種新型的碳材料，與碳納米管、富勒烯同屬碳家族的一員，2004年由英國Geim通過膠帶法剝離天然石墨制得。石墨烯具有規整的二維表面結構，其特殊的單原子層結構決定了它具有豐富而新奇的物理性質。石墨烯具有良好的熱穩定性和化學穩定性，良好的機械強度和導電性，且比表面積大，是一種理想的催化劑載體材料。但當前關于石墨烯的研究主要集中在石墨烯的可控制備及其物理性質，對它的化學性質特別是催化特性的 研究相對較少。當前，石墨烯負載金屬納米粒子的制備一般是通過原位還原方法使載體與金屬納米簇直接結合在一起，不能很好的滿足工業上對催化劑的需求。主要存在以下技術問題(I)石墨烯易團聚，降低比表面積；(2)不能有效控制納米金屬在載體表面的分散與尺寸；
(3)石墨烯在溶劑中分散性差，催化活性低。綜合以上的分析和討論，本發明著眼于提高石墨烯載體材料的分散性，擬以化學方法構筑聚合物/石墨烯雜化材料，以此雜化材料為催化劑載體，以改善負載的納米金屬粒子的分散性和納米粒子的尺寸可控。學者們在構筑聚合物/石墨烯復合材料領域已經做了大量的工作，公開號為CN101864098A的專利公開了一種聚合物/石墨烯復合材料的原位還原制備方法，公開號為CN102424705A的專利公開了一種聚合物/石墨烯納米復合材料的制備方法，公開號為CN102040714A的專利公開了一種聚合物接枝石墨烯的制備方法，三種方法分別通過溶液、熔融混合以及原位聚合法制備聚合物/石墨烯復合材料；但由于石墨烯易團聚，使實驗結果與理論預測相距甚遠。為了改善石墨烯在聚合物基體中的分散性，學者們將聚合物通過反應性官能團與石墨烯片層共價結合在一起，顯著改善了石墨烯的分散性。如Salavagione等人(Macromolecules，2009, 42，6331-6334)利用氧化石墨的羧基和聚乙烯醇的羥基的酯化作用得到了由聚乙烯醇共價改性的石墨烯，使其分散性明顯改善。Fang等人(J. Mater.Chem.，2009，19，7098-7105)通過重氮鹽分解的方法對石墨烯進行改性，再引發原子轉移自由基聚合；He等人(Chem. Mater. , 2010, 22, 5054-5064)通過疊氮化物與氧化石墨烯反應；將聚合物鏈接枝到了石墨烯表面，改善了石墨烯在聚合物基體中的分散性。聚乙烯吡咯烷酮是一種生物相容性優良的醫用高分子材料，如果將聚乙烯吡咯烷酮接枝到石墨烯表面，構筑聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯復合材料，有望在催化、生物、載藥、傳感等領域得到廣泛應用。公開號為CN101831130A的專利公開了一種將聚乙烯吡咯烷酮接枝到石墨烯表面的方法，該方法將聚乙烯吡咯烷酮和還原劑加到氧化石墨烯的水溶液中，利用水解后聚合物表面的羧基與氧化石墨烯表面的羥基發生反應得到了“聚乙烯吡咯烷酮”接枝到石墨烯表面。然而該專利采用的方法的不足之處在于接枝的聚合物，從嚴格意義上來說，已經不是聚乙烯吡咯烷酮；另外這種復合物材料以酯基作用同石墨烯結合在一起，耐酸、堿作用弱。
發明內容
本發明的目的是提供一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，以改善石墨烯的分散性和易分離性，實現納米粒子在石墨烯表面的分散和尺寸均一，阻止納米粒子的團聚和脫落。本發明的第二個目的是提供一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法。本發明的第三個目的是提供一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用。為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，該材料是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法，包括下列步驟I)將10 IOOg氧化石墨加入I 3L水中，超聲分散lh，調節溶液pH為4 5，在惰性氣氛下加入5 20ml硅烷偶聯劑，回流12 48h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將步驟I)所得漿料用水稀釋至2 4倍，在惰性氣氛下，依次加入O. I O. 5L質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液、O. 5 2L水合肼，回流6 12h，抽濾，水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉末；3)依次將硅烷偶聯的石墨烯粉末5 20g、引發劑O. 5 2g、N-乙烯吡咯烷酮50 200ml加入乙醇溶劑中，超聲O. 5 2h,在惰性氣氛下回流12 48h,抽濾,用蒸懼水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料。所述的硅烷偶聯劑是Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一種。所述的引發劑為偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲酰、過硫酸銨中的任意一種。一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用。負載金屬催化劑的方法是將聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料置于金屬鹽溶液中，控制體系pH值在3 5,充分攪拌I 3h ;然后加入還原劑進行還原,2 5h后停止反應；抽濾，用蒸餾水洗至中性，干燥后得到負載型催化劑。所述的金屬鹽為三氯化釕，氯化鉬，氯化鈀，氯化鈷，氯化鎳，氯化銅中的任意一種。本發明的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料具有以下優異的綜合性能將聚乙烯吡咯烷酮通過共價作用和石墨烯表面結合在一起作為催化劑載體材料，不僅可以發揮無機材料和有機材料復配的優勢，還改善了石墨烯在極性溶劑中的分散性；實現了納米粒子在石墨烯表面的分散和尺寸均一；提高了載體材料與催化劑之間的界面結合力；使其在催化和反復使用過程中，避免了金屬納米粒子的團聚和脫落程度，有效改善了負載型催化劑的穩定性、活性和壽命。本發明提供的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法，可在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮有機層；同時本方法制備的聚乙烯吡咯烷酮雜化的石·墨烯催化劑載體材料，制備工藝簡單，無需特殊設備，生產成本低，適于工業化生產。本發明的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用以聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料作為模板，可以誘導金屬納米簇的原位生長。
圖I為石墨烯材料在聚合前后的掃描電鏡圖；(a)石墨，(b)硅烷偶聯的石墨烯粉體，(C)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料；圖2為石墨烯材料在聚合前后的拉曼譜圖；(a)石墨，(b)硅烷偶聯的石墨烯粉體，(C)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料；
圖3為石墨烯材料在聚合前后的紅外圖譜；(a)石墨，(b)硅烷偶聯的石墨烯粉體，(C)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料；圖4為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料的透射電鏡圖；圖5為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料負載釕納米簇的透射電鏡圖；圖6為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料負載釕納米簇與石墨烯負載釕納米簇的催化性能比較；(a)聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料負載釕納米簇，(b)石墨烯負載釕納米簇。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步說明實施例I本實施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法包括下列步驟I)將50g氧化石墨加入2L水中，超聲分散lh，然后調節溶液的pH值到4，在惰性氣氛條件下加入15ml的乙稀基二甲氧基娃燒，回流24h,得到端基為雙鍵的娃燒偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將得到的硅烷偶聯改性氧化石墨烯漿料用水稀釋至3倍，在惰性氣氛下，依次加入O. 3L的質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液，IL的水合肼，回流IOh后停止反應，抽濾、水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉體；3)依次將IOg硅烷偶聯的石墨烯粉體，偶氮二異丁腈lg，N-乙烯基吡咯烷酮IOOml加入到IL的乙醇溶劑中，超聲lh，在惰性氣氛下，回流24h后停止反應，抽濾，用蒸餾水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料。實施例2本實施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法包括下列步驟I)將IOg氧化石墨加入到IL水中，超聲分散lh，然后調節溶液的pH值到4. 5，在惰性氣氛條件下加入5ml的乙稀基二乙氧基娃燒，回流12h,得到端基為雙鍵的娃燒偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將得到的硅烷偶聯改性氧化石墨烯漿料用水稀釋至3倍，在惰性氣氛下，依次加入O. 3L的質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液，IL的水合肼，回流IOh后停止反應，抽濾、水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉體；3)依次將IOg硅烷偶聯的石墨烯粉體，偶氮二異丁腈lg，N-乙烯基吡咯烷酮IOOml加入到IL的乙醇溶劑中，超聲lh，在惰性氣氛下，回流24h后停止反應，抽濾，用蒸餾水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料。實施例3本實施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。 該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法包括下列步驟I)將IOOg氧化石墨加入到3L水中，超聲分散lh，然后調節溶液的pH值到5，在惰性氣氛條件下加入20ml的Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，回流48h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將得到的硅烷偶聯改性氧化石墨烯漿料用水稀釋至3倍，在惰性氣氛下，依次加入O. 3L的質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液，IL的水合肼，回流IOh后停止反應，抽濾、水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉體；3)依次將IOg硅烷偶聯的石墨烯粉體，偶氮二異丁腈lg，N-乙烯基吡咯烷酮IOOml加入到IL的乙醇溶劑中，超聲lh，在惰性氣氛下，回流24h后停止反應，抽濾，用蒸餾水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料。實施例4本實施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法包括下列步驟I)將50g氧化石墨加入2L水中，超聲分散lh，然后調節溶液的pH值到5，在惰性氣氛條件下加入15ml的Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷，回流24h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將得到的硅烷偶聯改性氧化石墨烯漿料用水稀釋至3倍，在惰性氣氛下，依次加入O. IL的質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液，O. 5L的水合肼，回流6h后停止反應，抽濾、水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉體；3)依次將IOg硅烷偶聯的石墨烯粉體，偶氮二異丁腈lg，N-乙烯基吡咯烷酮IOOml加入到IL的乙醇溶劑中，超聲lh，在惰性氣氛下，回流24h后停止反應，抽濾，用蒸餾水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料。實施例5本實施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法包括下列步驟I)將50g氧化石墨加入2L水中，超聲分散lh，然后調節溶液的pH值到5，在惰性氣氛條件下加入15ml的Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，回流24h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將得到的硅烷偶聯改性氧化石墨烯漿料用水稀釋至3倍，在惰性氣氛下，依次加入O. 5L的質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液，2L的水合肼，回流12h后停止反應，抽濾、水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉體；3)依次將IOg硅烷偶聯的石墨烯粉體，過氧化二苯甲酰lg，N-乙烯基吡咯烷酮IOOml加入到IL的乙醇溶劑中，超聲lh，在惰性氣氛下，回流24h后停止反應，抽濾，用蒸餾水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料。實施例6本實施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法包括下列步驟I)將50g氧化石墨加入2L水中，超聲分散lh，然后調節溶液的pH值到5，在惰性氣氛條件下加入15ml的Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，回流24h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將得到的硅烷偶聯改性氧化石墨烯漿料用水稀釋至2倍，在惰性氣氛下，依次加入O. 5L的質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液，2L的水合肼，回流12h后停止反應，抽濾、水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉體；3)依次將5g硅烷偶聯的石墨烯粉體，過硫酸銨O. 5g，N-乙烯基吡咯烷酮50ml加入到O. 5L的乙醇溶劑中，超聲O. 5h，在惰性氣氛下，回流12h后停止反應，抽濾，用蒸餾水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料。實施例7本實施例的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。該聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法包括下列步驟I)將50g氧化石墨加入2L水中，超聲分散lh，然后調節溶液的pH值到5，在惰性氣氛條件下加入15ml的Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，回流24h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料；2)將得到的硅烷偶聯改性氧化石墨烯漿料用水稀釋至4倍，在惰性氣氛下，依次加入O. 5L的質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液，2L的水合肼，回流12h后停止反應，抽濾、水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉體；3)依次將20g硅烷偶聯的石墨烯粉體，偶氮二異丁腈2g，N-乙烯基吡咯烷酮200ml加入到2L的乙醇溶劑中，超聲2h，在惰性氣氛下，回流48h后停止反應，抽濾，用蒸餾水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料。圖I是實施例6處理得到的石墨烯材料在聚合前后的的掃描電鏡形貌對照圖，圖中a為石墨，b為硅烷偶聯的石墨烯粉體，c為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料。由圖I可見，石墨粉體呈現出散落的片狀形貌，表面比較光滑；而經硅烷偶聯后得到的石墨烯粉體，依舊呈現片狀形貌，但在更高放大倍數的圖片上可以清楚地看到，表面粗糙度明顯增大；而再經聚乙烯吡咯烷酮聚合后，表面恢復光滑。·
圖2是實施例6處理得到的石墨烯材料在聚合前后的的拉曼圖譜對照圖，圖中a為石墨，b為硅烷偶聯的石墨烯粉體，c為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料。由圖2可見，1346CHT1與1586CHT1分別歸屬為石墨烯的D帶和G帶；與石墨相比，石墨烯在硅烷后和聚合后，D帶增強，而G帶減弱，說明硅烷偶聯劑和聚乙烯吡咯烷酮在石墨烯表面嫁接成功。比較曲線b和C，聚合后，樣品信號峰整體下降，也進一步證明了聚乙烯吡咯烷酮的接枝成功。圖3是實施例6處理得到的石墨烯材料在聚合前后的的紅外圖譜對照圖，圖中a為石墨，b為硅烷偶聯的石墨烯粉體，c為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料。由圖3對比可見，與石墨相比，硅烷偶聯的石墨烯粉體在1063CHT1附近吸收峰變寬，這是Si-O-Si的伸縮振動峰和殘余的C-O的伸縮振動峰，表明了娃燒偶聯的成功；與石墨以及娃燒偶聯的石墨烯粉體相比，聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料在1459(31^1^ 1403(31^1處有新的吸收峰出現，這可以歸屬為聚乙烯吡咯烷酮分子鏈上的亞甲基的彎曲振動。紅外結果表明聚乙烯吡咯烷酮已經成功引入到了石墨烯表面。圖4是實施例6處理得到的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料的透射電鏡圖。從圖 3可以清楚看出，片狀石墨烯表面包覆了一層聚乙烯吡咯烷酮，形成了核殼結構。實施例8本實施例是聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用，聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料負載催化劑的方法如下按照實施例6得到的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料10g，加入到50ml的O. 01mol/l的氯化銅溶液中，控制體系pH值在3，磁力攪拌3h ;然后加入過量硼氫化鉀進行還原，2h后停止反應；抽濾，用蒸餾水洗至中性，干燥后得到石墨烯負載銅催化劑。實施例9本實施例是聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用，聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料負載催化劑的方法如下按照實施例6得到的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料10g，加入到IOml的O. Olmol/Ι的氯化鎳溶液中，控制體系pH值在4，磁力攪拌2h ;然后加入過量硼氫化鉀進行還原，3h后停止反應；抽濾，用蒸餾水洗至中性，干燥后得到石墨烯負載鎳催化劑。實施例10本實施例是聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用，聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料負載催化劑的方法如下按照實施例6得到的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料10g，加入到30ml的O. Olmol/Ι的氯化釕溶液中，控制體系pH值在5，磁力攪拌Ih ;然后加入過量硼氫化鉀進行還原，5h后停止反應；抽濾，用蒸餾水洗至中性，干燥后得到石墨烯負載釕催化劑。實施例11本實施例是將氧化石墨進行負載釕處理，作為對照實驗例。按照實施例10的條件，同時也將氧化石墨進行負載釕處理，處理后可得石墨烯負載釕催化劑，以其作為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體負載釕的對照組實驗。圖5是實施例10得到的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料負載釕納米簇的透射電鏡圖。從圖5可以看出，負載后的釕納米簇位于石墨烯的表面，粒子分布均勻，尺寸均一，說明聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料作為催化劑載體，可以有效誘導催化劑在石墨烯表面的均勻分布和納米粒子的尺寸均一性。實施例10中釕的理論負載量為3%，能譜分析表明，實施例10所得到的實際釕負載釕量為2. 8%，與理論負載量3%接近。說明經聚乙烯吡咯烷酮雜化后的石墨烯載體在負載催化劑時，可以減少催化劑的損失。圖6是實施例10和實施例11得到的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料負載釕和石墨烯負載釕在重復使用10次后的催化活性對照圖，其中圖a為石墨烯作載體，b為聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料作載體。催化活性的測試方法為選取硼氫化鈉水解產氫為催化劑探針反應，化學反應方程式為NaBH4+2H20==4H2+NaBO2在堿性反應介質下，沒有催化劑時，產氫量很小；而加入催化劑，則可以大大加速氫氣的生成；采用排水集氣法收集產生的氫氣。以氫氣最終的產率催化活性的衡量依據。
重復性試驗的測試方法為催化劑在反應結束后，抽濾，干燥；并可充當下一次的催化劑。從圖6可以看出，相同負載量的石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料充當催化劑載體時，在第一次使用時，催化活性接近，均達到了 95%以上；而在多次使用后，以石墨烯做載體的催化劑，催化活性逐漸降低，在重復使用10次后，催化活性僅保留了 60% ;而以聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料做載體的催化劑，催化活性幾乎保持不變，在重復使用10次后，催化活性仍保留了 90%以上，與第一次使用的催化活性接近。重復性實驗說明，以聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯材料做載體的催化劑，在重復使用過程中，不僅改善了催化劑的分離性，而且還有效阻止了催化劑顆粒的脫落和團聚，導致催化活性幾乎沒有降低；另外還明顯改善了催化劑與催化體系的易分離性，簡化了催化劑的回收工藝，降低了催化劑的損失。
權利要求
1.一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，其特征在于該材料是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮。
2.一種如權利要求I所述的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法，其特征在于包括下列步驟 1)將10 IOOg氧化石墨加入I 3L水中，超聲分散lh，調節溶液pH為4 5，在惰性氣氛下加入5 20ml硅烷偶聯劑，回流12 48h，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料； 2)將步驟I)所得漿料用水稀釋至2 4倍，在惰性氣氛下，依次加入O.I O. 5L質量分數為40%的四丁基氫氧化銨水溶液、O. 5 2L水合肼，回流6 12h，抽濾，水洗至中性，常溫干燥后得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉末； 3)依次將硅烷偶聯的石墨烯粉末5 20g、引發劑O.5 2g、N-乙烯吡咯烷酮50 200ml加入乙醇溶劑中，超聲O. 5 2h,在惰性氣氛下回流12 48h,抽濾,用蒸懼水洗至中性，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料。
3.根據權利要求2所述的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法，其特征在于所述的硅烷偶聯劑是Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一種。
4.根據權利要求2所述的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料的制備方法，其特征在于所述的引發劑為偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲酰、過硫酸銨中的任意一種。
5.一種如權利要求I所述的聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用。
6.根據權利要求5所述的聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用，其特征在于負載金屬催化劑的方法是將聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料置于金屬鹽溶液中，控制體系PH值在3 5，充分攪拌I 3h ;然后加入還原劑進行還原，2 5h后停止反應；抽濾，用蒸餾水洗至中性，干燥后得到負載型催化劑。
7.根據權利要求6所述的聚乙烯吡咯烷酮雜化的石墨烯催化劑載體材料在制備金屬催化劑方面的應用，其特征在于所述的金屬鹽為三氯化釕，氯化鉬，氯化鈀，氯化鈷，氯化鎳，氯化銅中的任意一種。
全文摘要
本發明公開了一種聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料、制備方法及應用，該材料是在石墨烯材料表面共價引入聚乙烯吡咯烷酮，制備方法包括下列步驟1)將硅烷偶聯劑共價錨定在氧化石墨表面，得到端基為雙鍵的硅烷偶聯的氧化石墨烯漿料；2)加入四丁基氫氧化銨水溶液、水合肼，抽濾，干燥得端基為雙鍵的硅烷偶聯的石墨烯粉末；3)依次將所得粉末、引發劑、N-乙烯吡咯烷酮加入乙醇溶劑中，常溫干燥后得到聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料。本發明制備的聚乙烯吡咯烷酮雜化石墨烯催化劑載體材料，具有易分離的優勢；在負載催化劑后，催化劑在載體表面分散均勻和尺寸均一；且在反復使用過程中，催化劑無脫落和團聚。
文檔編號C08F226/10GK102911474SQ20121035723
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者彭淑鴿, 樊昕潔, 羅潔, 吳云驥 申請人:河南科技大學