[發明專利]一種氧化石墨烯-碳棒復合材料

有效

• 申請號: 202011235065.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112275273B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 趙偉
• 申請（專利權）人: 陜西龍成新材料有限公司
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J35/10;B01J35/02;B01J37/34;B01J32/00
• 代理公司: 安徽谷知知識產權代理事務所(普通合伙) 34286
• 代理人: 李航

本發明提供了一種氧化石墨烯?碳棒復合材料的制備方法，所述碳棒作為石墨烯的的插層劑，能夠有效的分離氧化石墨烯的團聚，顯著提高氧化石墨烯的比表面積，能夠作為催化劑載體使用，尤其適用于氣固相催化反應。

技術領域

本發明涉及一種氧化石墨烯-碳棒復合材料及其制備方法，屬于使用模板制備碳材料的領域，尤其涉及使用電化學陽極氧化的方法制備納米碳材領域。

技術背景

氫能源作為一種新型的高效、清潔、可再生資源，其主要制備途徑經過碳氫化合物重整及水煤氣變換反應。由于該過程的熱動力學限制，制得的富氫氣體中總含有0.5-2vol.％的CO。一般燃料電池電極材料為Pt，重整氣中CO的存在不僅會毒化Pt電極，且較易吸附在催化劑表面上，進一步阻礙燃料的催化氧化，因此富氫氣體中CO的含量必須限制到100ppm以下。而一氧化碳優先氧化是目前凈化富氫氣體中CO的最有效方法之一。

已報道的高效CO的優先氧化催化劑主要包括貴金屬(Pt、Ru、Rh、Pd、Ir等)催化劑、氧化物催化劑(CuO-CeO2)、金基催化劑。其中，鉑基雙金屬催化劑以其優良的活性，較高的選擇性和穩定性得到了廣泛的關注，如Pt-Co/SiO2,Pt-Ni/Al2O3,Pt-La/絲光沸石,Pt-Fe/CeO2,以及Pt-堿金屬/Al2O3雙金屬催化劑均表現出優異的催化活性。如：Li制備的Pt-Co雙金屬催化劑，在120,000ml/g.h的高空速條件下能夠有效拓寬CO完全轉化的窗口。同樣Chin發現，在低溫階段Pt-Ru/SiO2催化劑有極高的活性和穩定性，Schubert也報道了Pt-Sn/Al2O3催化劑，在CO優先氧化過程中，Sn的存在能顯著改善Pt的穩定性，提高催化劑的高溫選擇性。

目前，一系列的碳基復合材料，如活性炭、石墨纖維、碳納米管和石墨烯，以其優良的力學性能，導熱性能，化學性能被視為優良的載體而成為研究重點。Kumari采用氣相沉積法在氧化鋁表面上生長出多壁碳納米管，然后用放電等離子體燒結法制備了多種CNT-Al2O3復合物。Worsley通過在碳納米管炭氣凝膠表面沉積氧化物制備了一系列SWNT/氧化物(SiO2,SnO2,TiO2)整體式復合物。而且石墨烯基催化劑被廣泛應用于催化領域，但集中于一些液相催化反應。Truong-Huu將鈀(Pd)納米顆粒均勻分散到單層石墨烯表面，應用于液相選擇性C＝C加氫反應。其高效的加氫活性主要是用于在液相中，單層均勻分散2D石墨烯結構有極高的表面積及界面、邊緣易吸附性。然而由于石墨烯，碳納米管基催化劑的定型(如碳納米管在載體上容易脫落，剝離；活性顆粒被包裹在大片石墨烯層間，無法與氣相接觸等)問題很難解決，嚴重限制了新型碳材料在氣-固相催化反應中的應用，如CO-PROX反應。

依據上述內容，可以明顯得出現有技術中使用石墨烯作為催化劑載體時，主要作為參雜劑使用，相當于使用石墨烯改性氧化硅、氧化鋁或氧化鈦，鮮有直接使用石墨烯作為氣固相催化劑載體，主要原因是由于hummer的本身缺陷，想要獲得單層或者＜100層的石墨烯較難，即便獲得單層石墨烯，所述單層石墨烯僅能少量存在，并不可能大量獲得，當所述石墨烯干燥時，更會發生石墨烯片層的堆垛和團聚，當所述石墨烯作為催化劑載體時，活性組分被夾持到石墨烯片層中間，使得氣體無法與所述石墨烯中的活性組分接觸，因此現有技術中鮮有將石墨烯固體直接作為載體使用，如畢業論文：新型碳材料復合物催化劑用于氫氣氛下CO優先氧化及CO完全氧化反應現有技術中所記載，通過hummer制備石墨烯，然后在其上負載活性組分Pt，用于CO完全氧化反應（原料氣組成為1vol.%CO、10vol.%O2和89vol.%N2。），在100-175^oC的活性僅僅為30%，在如此優越的反應條件，反應活性卻極低，在現有優先氧化1vol.%CO、1vol.%O2、50vol.%H2和48vol.%N2苛刻條件下，更或者實際工業使用1vol.％CO,1vol.％O2,12.5vol.％CO2,15?vol.％H2O,50vol.％H2和N2平衡氣條件下，其催化反應恐怕都低于10%，即石墨烯材料的團聚或層間團聚問題嚴格限制了石墨烯在催化劑載體領域的應用。

發明內容