[發明專利]孔隙型微米管結構催化儲氫協同功效材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610679451.1
• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN106191905B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 趙明;陳睿;王宇;何廣平
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06;H01M4/58
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙)11265
• 代理人: 高福勇

技術領域

本發明涉及電解水制備氫氣催化和儲氫材料領域，特別是一種孔隙型微米管結構催化儲氫協同功效材料的制備方法。

背景技術

隨著經濟社會的發展，石油、煤炭等不可再生能源已不能滿足人類的需要。氫氣的燃燒熱值高，燃燒產物無污染，可循環利用，因而是最有潛力的新能源。

實現氫能源大規模廣泛應用的關鍵在于廉價而又高效的制氫技術和安全高效的儲氫技術的研發。通過電解水工業化生產制備氫氣是大規模獲得潔凈、可持續能源氫燃料的有效手段，高效制氫電極催化材料和高效儲氫材料的研究是氫燃料制備和儲存技術得以突破的關鍵所在。迄今為止，已研發的氫催化材料和儲氫材料都局限于各自的氫制備領域和儲氫技術領域，導致氫制備技術和儲氫技術分離，難以實現氫制備和儲存一體化技術的發展，從而制約了氫能源大規模廣泛應用。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種孔隙型微米管結構催化儲氫協同功效材料的制備方法，根據本發明方法制備的催化儲氫協同功效材料，是由石墨烯網絡構建的微米管結構材料，具有中空結構，微米管壁具有連通孔隙，MoS₂納米顆粒固定于微米管壁石墨烯網絡內。這種孔隙型微米管結構催化儲氫協同功效材料既具有對電解水制備氫氣的催化效應，也具有高效吸附儲氫功能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種孔隙型微米管結構催化儲氫協同功效材料的制備方法，包括按順序進行的如下步驟：

步驟[1]石墨烯表面羧基和羥基基團改性；

步驟[2]石墨烯網狀聯接；

步驟[3]MoS₂納米顆粒在空間網狀石墨烯上液相沉降固定及孔隙型微米管的搭建。

所述步驟[1]具體包括：

a1.石墨烯表面羧基基團改性：將石墨烯、分析純的正已酸酐、鄰苯二甲酸酐加入到乙烯乙二醇醚中，形成羧基改性液，超聲波攪拌20-40分鐘，在溫度為30-70℃環境下恒溫反應0.5-1.5小時，冷卻至室溫，過濾固相物質，用丙酮洗滌，在干燥箱中40-60℃下干燥8-12小時；

a2.石墨烯表面羥基基團改性：將石墨烯、分析純的磷酸二氫鉀、氫氧化鋇和乙酸亞鐵加入去離子水中，形成羥基改性液，超聲波攪拌30-40分鐘，在室溫下反應1-1.5小時，過濾固相物質，用去離子水洗滌，在干燥箱中50-60℃下干燥10-13小時。

優選的，步驟a1中所述羧基改性液中石墨烯的濃度為60g/L-110g/L、正已酸酐的濃度為160mL/L-200mL/L、鄰苯二甲酸酐的濃度為40g/L-60g/L。

優選的，步驟a2中羥基改性液中的石墨烯濃度為100g/L-130g/L、磷酸二氫鉀濃度為20g/L-65g/L、氫氧化鋇濃度為10g/L-20g/L、乙酸亞鐵濃度為30g/L-45g/L。

所述步驟[2]具體為：

將表面羧基基團和羥基基團改性的石墨烯各100-120g、分析純的三苯基磷-多鹵代甲烷20-40g和二環已基碳二亞胺5-10g加入600-800mL的乙二醇單甲醚中，超聲波攪拌5-7分鐘，在室溫下反應20-35分鐘，過濾固相物質，用丙酮洗滌后再以去離子水清洗，在干燥箱中40-60℃下干燥16-18小時，得網狀連接石墨烯。

所述步驟[3]具體包括：

b1.MoS₂納米顆粒在空間網狀石墨烯上沉降固定：將網狀聯接石墨烯、MoS₂納米顆粒、氧化鋅微米棒、分析純的葡萄糖、鉬酸鈉和磷酸二氫銨加入去離子水形成沉降液；超聲波攪拌1-1.5小時，待沉降液固體沉淀后，過濾得沉積物。

b2.孔隙型微米管的搭建：將上述沉積物放入電爐中加熱至200-240℃保溫2-3小時，使沉積物中石墨烯與氧化鋅微米棒界面分離，然后將沉積物浸入質量濃度為15-20％的氫氧化鈉溶液中40-60分鐘，將沉積物中的ZnO微米棒溶解去除；過濾后用去離子水洗滌，在干燥箱中40-60℃下烘干9-12小時。

優選的，步驟b1中所述沉降液中網狀聯接石墨烯的濃度為150g/L-170g/L、氧化鋅微米棒的濃度為240g/L-280g/L、MoS₂納米顆粒的濃度為90g/L-130g/L、葡萄糖的濃度為1.5g/L-4g/L、鉬酸鈉的濃度為10g/L-20g/L、磷酸二氫銨的濃度為40g/L-50g/L。