[發明專利]一種鎢酸鉍-石墨烯-導電水凝膠的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910980260.2
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN111471192B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 劉璞;魏子曄;李振邦;王建興;劉才超;楊國偉;石磊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L79/02;C08L33/26;C08F220/56;C08F222/38;C08G73/02;B01J31/34;B01J23/31;C25B1/04;C25B11/052;C25B11/091
• 代理公司: 廣東翰銳律師事務所 44442
• 代理人: 胡厚財

本發明屬于電解催化劑研發技術領域，尤其涉及一種鎢酸鉍?石墨烯?導電水凝膠的制備方法及其應用。本發明提供了一種鎢酸鉍?石墨烯?導電水凝膠的制備方法，為：水熱反應制備鎢酸鉍、超聲剝離、石墨烯量子點制備、激光溶蝕復合、交聯聚合、苯胺浸入及二次聚合。本發明還提供了一種上述制備方法得到的產品在電解催化劑中的應用。通過引入石墨烯量子點，增加鎢酸鉍的活性位點以提高電催化性能；進一步地，與導電凝膠結合，使鎢酸鉍?石墨烯進一步均勻分散，防止催化劑團聚，增大催化劑的催化面積，并且凝膠在催化完成后，回收方便；解決了現有技術中，用于光電降解或電解水陰極析氫反應的催化劑，存在著催化性能差及無法回收的的技術缺陷。

技術領域

本發明屬于電解催化劑研發技術領域，尤其涉及一種鎢酸鉍-石墨烯-導電水凝膠的制備方法及其應用。

背景技術

環境與能源問題是人類面臨的一重大問題，為了實現人類資源的可持續發展，我們需要致力于發展清潔能源系統，減少污染物排放以保護生態環境。可再生能源包括有太陽能、風能、氫能、生物能等。

氫能是一種清潔的可再生染料，氫氣的燃燒能夠提供相較于一般化石燃料三倍的能量，同時產物無污染，具有零污染物排放，可循環利用等優點。自電解水被首次報道后，此后該方法得到廣泛的關注與研究。利用供過于求的電能分解水產生氫氣可作為能源直接供應，同時也可將氫氣存儲用于燃料電池等。

但是，電解水的陰極析氫反應(HER,hydrogen evolution reaction)具有較高的動力學勢壟，導致HER需要在較高的過電勢下進行，消耗過高的電能，所以需要尋找合適的催化劑降低電勢，提高氫氣析出效率。鉑基貴金屬是HER最為理想的電催化劑，但鉑基材料受限于價格昂貴，儲量低等問題，在應用上存在著較大的限制。

現有技術中，由于鎢酸鉍(Bi₂WO₆)的層狀結構能夠能促進光生電子－空穴的分離，也有利于離子在層間的傳輸，具有較好的物理化學性能，如鐵電、熱釋電、光降解、壓電、非線性介電極化和發光性能等。然而，單一的Bi₂WO₆在光降解中存在著不足，它的可見光響應范圍有限，光生電子與空穴的復合率較高。同時，在電解反應結束后，無法將催化劑回收，造成了催化劑的浪費及帶來環境污染。

因此，研發出一種鎢酸鉍-石墨烯-導電水凝膠的制備方法及其應用，用于解決現有技術中，用于電解水陰極析氫反應的催化劑，存在著催化性能差及無法回收的的技術缺陷，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種鎢酸鉍-石墨烯-導電水凝膠的制備方法及其應用，用于解決現有技術中，用于電解水陰極析氫反應的催化劑，存在著催化性能差及無法回收的的技術缺陷。

本發明提供了一種鎢酸鉍-石墨烯-導電水凝膠的制備方法，所述制備方法為：

步驟一、水熱反應制備鎢酸鉍：鎢酸鈉、硝酸鉍與CTAB混和后溶于水中，攪拌后進行水熱反應，所述水熱反應結束后依次經洗滌和干燥，得片層鎢酸鉍；

步驟二、超聲剝離：所述片層鎢酸鉍溶解后超聲剝離，得分散二維鎢酸鉍納米片；

步驟三、石墨烯量子點制備：石墨烯溶解后，激光處理，得石墨烯量子點；

步驟四、激光溶蝕復合：所述分散二維鎢酸鉍納米片與所述石墨烯量子點混合，進行激光溶蝕復合，得石墨烯-鎢酸鉍；

步驟五、交聯聚合：石墨烯-鎢酸鉍、丙烯酰胺溶液、交聯劑與引發劑混合后，聚合得第五產物；

步驟六、苯胺浸入：所述第五產物與苯胺溶液混合，靜置得第六產物；

步驟七、二次聚合：所述第六產物與引發劑溶液混合，聚合得鎢酸鉍-石墨烯-聚丙烯酰胺-聚苯胺導電水凝膠產品。