[發(fā)明專利]一種基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110391232.4
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113235130B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉衛(wèi);李怡;楊靜;王紅蕾;孫玉靜;鄭治坤
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學
• 主分類號: C25B11/093
• 分類號: C25B11/093;C25B1/04;C02F1/461
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發(fā)明公開了一種基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，先采用簡單易行的一步水熱成膠法合成氧化鎢/石墨烯水凝膠，冷凍干燥后得到氧化鎢/石墨烯氣凝膠，該方法將均勻分散的氧化鎢納米線與具有多級孔結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠進行結(jié)合，形成了具有多級孔結(jié)構(gòu)的電催化劑復(fù)合基底，作為載體可進一步提高催化劑的穩(wěn)定性，最后負載低含量的鉑，反應(yīng)過程簡單，反應(yīng)步驟少，反應(yīng)周期短、重復(fù)性好，所制備的基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料在電催化反應(yīng)中，單位質(zhì)量活性高，同時具有高催化穩(wěn)定性和快傳質(zhì)特性，可廣泛應(yīng)用于電催化、電化學傳感或水污染物處理材料中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料化學技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，人們對能源的需求日益增加，而能源主要來源于化石燃料的消耗。然而化石燃料是一種不可再生資源且儲量有限，而且其使用會對環(huán)境造成一定的影響，因此，尋找一種可以替代化石燃料的清潔能源是刻不容緩的。在各種清潔能源中，氫氣由于其高能量密度，燃燒產(chǎn)物無污染的特性，受到了廣泛的關(guān)注。利用風能，太陽能或水利產(chǎn)生的電能生產(chǎn)氫氣是一大途徑，這一過程可以有效地儲存能量，且避免二氧化碳和有毒氣體的產(chǎn)生。近年來，隨著發(fā)電技術(shù)的不斷升級與優(yōu)化，電解水制氫也越發(fā)占優(yōu)，而制氫效率的關(guān)鍵則在于電催化劑的性能。貴金屬鉑(Pt)催化劑是目前最好的析氫電催化劑，它有著非常低的過電勢和高交換電流密度。

然而，鉑的稀缺與昂貴的價格限制了其廣泛的應(yīng)用，降低鉑的用量并提高鉑基催化劑的活性成為一種迫切的需求。同時，鉑納米粒子易于在制備過程中團聚以及在電化學過程中脫落或熟化團聚，其電催化析氫的穩(wěn)定性有著一定的不足。而載體的引入可以使鉑充分分散，大大提高鉑暴露的活性面積，同時抑制其團聚。由于鉑和金屬氧化物之間存在金屬載體相互作用以及協(xié)同作用，有利于促進催化劑活性的提升，提高鉑的利用率，極大的減少鉑的用量。因此，將金屬氧化物作為鉑的載體不失為一種好辦法。在眾多金屬氧化物中，氧化鎢作為一種便宜，耐酸腐蝕的氧化物，有利于在酸性電解液中穩(wěn)定析氫，賦予鉑基催化劑更好的活性和穩(wěn)定性。如中國專利CN111111658A公開了一種超高催化活性的單原子Pt負載氧化鎢單層納米片催化劑，其中利用單原子Pt均勻分散在氧化鎢單層納米片上形成單層納米片作為電催化析氫催化劑，但是，單一的氧化鎢載體負載Pt催化劑存在導(dǎo)電性偏低的短板，使應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有氧化鎢負載鉑作為析氫電催化劑的導(dǎo)電性偏低的缺陷和不足，提供一種基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料的制備方法，先在石墨烯氣凝膠骨架上引入氧化鎢納米線，制得快傳質(zhì)，高活性和導(dǎo)電性的氧化鎢/石墨烯氣凝膠載體，再負載低含量的鉑，本發(fā)明所制得的材料具有較好的導(dǎo)電性，可作為高效的催化劑應(yīng)用在電解水制氫領(lǐng)域。

本發(fā)明的又一目的是提供一種基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料的應(yīng)用。

本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

S1.將石墨烯用氧化劑氧化后分散剝離到水中，得到均勻分散的氧化石墨烯水分散液；利用溶劑置換法將氧化石墨烯水分散液中的水置換成非水溶劑，得到氧化石墨烯分散液；

S2.將鎢前驅(qū)體溶液與氧化石墨烯分散液充分混合，利用水熱法，一步得到多級孔結(jié)構(gòu)的負載氧化鎢納米線的石墨烯復(fù)合水凝膠，冷凍干燥，得到氧化鎢/石墨烯氣凝膠；

S3.將氧化鎢/石墨烯氣凝膠分散在溶劑中，并加入Nafion溶液，分散得墨水，涂覆于電極表面，干燥后浸泡在鉑金屬前驅(qū)體溶液中，利用電化學沉積法得到基于氧化鎢/石墨烯氣凝膠的低鉑電催化劑。