[發明專利]一種石墨稀復合材料的制備及其在能源存儲和轉化中的應用

有效

• 申請號: 202110235370.3
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113046777B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 詹東平;何權烽;韓聯歡;田中群
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C25B11/065
• 分類號: C25B11/065;C25B11/081;C25B11/089;C25B11/075;C25B1/04;H01M4/90;H01M4/92;H01M8/0656
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙) 11400
• 代理人: 歐陽石文

1.一種石墨烯復合材料儲氫的方法，其特征在于，包含氫溢流催化劑活性中心和石墨烯載體，氫溢流催化劑負載于石墨烯膜上形成石墨烯復合材料，在常溫常壓下，以溶液中的質子或/和水為氫源，通過電催化-溢流-擴散-吸附步驟，將氫原子儲存在石墨烯載體上；所述電催化-溢流-擴散-吸附步驟是指，通過控制電位在氫的吸附區，在催化劑表面將氫源電還原為氫原子，氫原子從催化劑表面溢流到石墨烯載體上，并在石墨烯上發生擴散，最后通過化學吸附儲存在石墨烯載體上。

2.根據權利要求1所述的石墨烯復合材料儲氫的方法，其特征在于，所述催化劑的質量百分比為0.1%~40%；所述石墨烯的質量百分比為60%~99.9%。

3. 根據權利要求1或2所述的石墨烯復合材料儲氫方法，其特征在于，所述的電還原具體操作是，在酸性、中性或堿性電解質溶液中，以所述石墨烯復合材料為工作電極，在兩電極或者三電極中，通過控制電位在氫的吸附區，實現氫原子的儲存，得到氫化石墨烯；所述酸性溶液為硫酸、鹽酸、硝酸、高氯酸、磷酸溶液中的一種，所述中性溶液是pH為6~8的鉀鹽、鈉鹽、鈣鹽、銨鹽溶液，所述堿性溶液是pH為8~14的鉀鹽、鈉鹽、鈣鹽、銨鹽溶液；所述兩電極為工作電極和對電極，或者所述三電極為工作電極、對電極和參比電極；所述氫的吸附區的電位是采用的催化劑發生析氫反應電位以正600 mV的電位區間。

4.一種權利要求1或2所述的石墨烯復合材料儲氫的方法，，其特征在于，所述石墨烯復合材料的制備方法是通過電化學調控、濺射、蒸鍍將催化劑負載于石墨烯上即得。

5.根據權利要求4所述的石墨烯復合材料儲氫的方法，其特征在于，所述的催化劑選自Pt、Pd、Ni、Co、Ru、Rh、Ir、Os、Fe、Ti及其合金的一種以上。

6.根據權利要求4所述的石墨烯復合材料儲氫的方法，，其特征在于，所述石墨烯復合材料的制備方法包括以下步驟：

a、在電解質溶液中通過程序電位剝離石墨得到石墨烯溶液；

b、將石墨烯溶液在有機溶劑中進一步超聲剝離得到石墨烯懸浮液；

c、將石墨烯懸浮液制備成石墨烯膜。

7.根據權利要求6所述的石墨烯復合材料的儲氫方法，其特征在于，所述程序電位的下限電位為-1~0 V，上限電位為5~10 V，頻率0.1~20Hz。

8. 根據權利要求6所述的石墨烯復合材料的儲氫方法，其特征在于，步驟b中所述有機溶劑選自乙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、異丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、四丁基銨、四丁基溴化銨、四丁基高氯酸銨、四丁基氫氧化銨的一種以上；步驟b中所述超聲的功率為1~1000 W，超聲時間1～60 min。

9.根據權利要求6所述的石墨烯復合材料的儲氫方法，其特征在于，步驟c中制備成石墨烯膜的方式為噴涂，抽濾。

10. 根據權利要求9所述的石墨烯復合材料的儲氫方法，其特征在于，所述抽濾是在0.01~0.1 MPa的低壓條件下進行。

11. 根據權利要求6所述的石墨烯復合材料的儲氫方法，其特征在于，步驟a中所述剝離石墨方法為電化學方法，選自多電位階躍法、恒電流法、恒電位法；所述多電位階躍法的下限電位是-0.3~0 V，上限電位是0.7~1.2 V，頻率為1~10 Hz，反應時間為1~60 min；恒電流法的電流密度是0.01~10 mA/cm², 反應時間為1~300 s；恒電位法的電位是-0.3~0 V,反應時間為1~300 s。

12.一種如權利要求1至11任一項所述的儲氫方法獲得的氫化石墨烯復合材料在能源存儲和/或轉化中的應用；所述應用是用于固體材料儲氫；或者用于制氫，或者用于制氧，或者用于制備電池的負極。