[發(fā)明專利]一種石墨烯負載納米CoOOH催化劑的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811448219.2
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109621960A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱介山;韓曉彤;于暢;黃華偉;劉志斌
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，一種石墨烯負載納米CoOOH催化劑的制備方法及應(yīng)用，其中制備方法包括以下步驟：(1)將氧化石墨烯加入到乙二醇與水的混合溶劑中，隨后加入鈷鹽、鋁鹽、尿素，回流反應(yīng)冷卻至室溫，采用去離子水離心洗滌至中性，再置于干燥箱中干燥研磨后，得到石墨烯負載的鈷鋁雙金屬氫氧化物。(2)將步驟1得到石墨烯負載的鈷鋁雙金屬氫氧化物加入到強堿性溶液中，超聲分散，室溫攪拌，隨后采用去離子水離心洗滌至中性，置于干燥箱中，干燥研磨后得到石墨烯負載納米CoOOH催化劑目標材料。本發(fā)明的方法操作簡單、條件溫和易控，且將其用作水分解陽極析氧催化劑具有催化活性高，反應(yīng)動力學(xué)好等一系列優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯負載納米CoOOH催化劑的制備方法及應(yīng)用，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電解水制氫是解決目前日益嚴峻的能源及環(huán)境問題的一種有效途徑，而在此過程中陽極析氧半反應(yīng)所需電位過高是限制其效率的主要因素。在催化析氧的催化劑中貴金屬的催化活性較高，但貴金屬價格昂貴且在自然界中含量較少，限制其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

近年來，過渡金屬基材料被廣泛研究并應(yīng)用于催化析氧反應(yīng)。其中，大量研究表明過渡金屬鈷基材料具有媲美甚至優(yōu)于貴金屬催化劑的催化析氧活性。這主要是由于鈷基材料在催化過程中會形成具有優(yōu)異性能的CoOOH活性中間物種。因此，直接制備并應(yīng)用CoOOH材料作為析氧反應(yīng)催化劑將有效提高催化反應(yīng)活性。此外，石墨烯作為一種新型碳材料，其作為催化劑載體所構(gòu)筑的復(fù)合材料在光降解、電容器、鋰離子電池及電催化等方面具有優(yōu)異的性能。受此啟發(fā)，引入石墨烯作為導(dǎo)電基體負載CoOOH對于電解水的整體動力學(xué)性能和效率的提升具有重要的研究價值和意義。然而，由于CoOOH通常為電催化過程中形成的中間物種，致使其合成制備過程相對復(fù)雜困難。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明目的是提供一種石墨烯負載納米CoOOH催化劑的制備方法及應(yīng)用。該催化劑所采用的石墨烯載體比表面積大，負載的活性組分納米CoOOH分散均勻且穩(wěn)定性好，其制備過程工藝簡單、操作安全、成本低廉。制備所得的材料用作析氧催化劑，催化活性高，反應(yīng)動力學(xué)性能好，可以有效提高電解水效率。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決已有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種石墨烯負載納米CoOOH催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將氧化石墨烯加入到50～500mL乙二醇與水的混合溶劑中，配制濃度為0.05～0.1mg/mL的氧化石墨烯溶液，超聲分散30～120min，隨后加入鈷鹽，調(diào)節(jié)濃度為2～4mg/mL，加入鋁鹽，調(diào)節(jié)濃度為1～3mg/mL，加入尿素，調(diào)節(jié)濃度為4～10mg/mL，攪拌5～30min后，將配制好的混合分散溶液轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶中，溫度控制在70～100℃回流反應(yīng)18～48h，冷卻至室溫，采用去離子水離心洗滌至中性，然后置于干燥箱中，溫度控制在40～60℃干燥6～12h后研磨，得到石墨烯負載的鈷鋁雙金屬氫氧化物，所述乙二醇與水的體積比為1：1～4，所述鈷鹽選自六水合氯化鈷、六水合硝酸鈷或七水合硫酸鈷中的一種，所述鋁鹽選自六水合氯化鋁、九水合硝酸鋁或十八水合硫酸鋁中的一種。

步驟2、將步驟1得到部分石墨烯負載的鈷鋁雙金屬氫氧化物加入到40-60mL濃度為3～6mol/L的強堿性溶液中，調(diào)節(jié)濃度為1～4mg/mL，超聲分散1～10min，室溫攪拌12～48h，隨后采用去離子水離心洗滌至中性，置于干燥箱中，溫度控制在40～60℃干燥6～12h后研磨，得到石墨烯負載納米CoOOH催化劑目標材料，所述強堿性溶液選自氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液中的一種。

所述制備方法制得的石墨烯負載納米CoOOH催化劑，在電解水陽極析氧催化反應(yīng)方面中的應(yīng)用。