還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學領域，具體涉及一種還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]氫燃料電池具備高能量密度，低成本，無污染等特點，受到了廣泛關注。在燃料電池的應用過程中，本身的性能和價格是限制其發(fā)展的重要因素。高性能的燃料電池中，正極氧還原的催化劑主要為鉑、銀等貴金屬，具備良好的還原催化能力。
[0003]貴金屬的成本過高，難以商業(yè)化，碳材料電導率高且成本低，但是催化活性低?，F有使用較多的二氧化錳材料由于顆粒較大，比表面低，大多還是應用在小型電池上。為了滿足社會對大電流大功率的低成本電池的需求，開發(fā)高效廉價的氧還原催化劑是非常必要的。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，該復合型催化劑具有高氧還原催化活性，容易實現大規(guī)模制備，有望獲得商業(yè)應用。
[0005]為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，它包括以下步驟:
[0007](I)氧化石墨烯溶液的配置；
[0008](2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；
[0009 ] (3)將步驟(2)所得產物離心烘干。
[0010](4)取步驟(3)所得粉末超聲分散于去離子水中，加入水合肼溶液加熱反應至氧化石墨稀被還原。
[0011](5)將步驟(4)所得產物離心烘干。
[0012](6)取步驟(5)所得粉末制備還原石墨烯-聚苯胺懸浮液，加入醋酸錳，硝酸鈰，用KOH溶液調節(jié)pH=9，加熱條件下加入高錳酸鉀溶液，攪拌反應一段時間后離心烘干。
[0013]其中:
[0014]步驟(I):將氧化石墨烯超聲分散在水溶液中，超聲頻率為50kHz，超聲時間為2小時，濃度為lmg/mL。
[0015]步驟(2):取氧化石墨稀溶液50mL，加入2mL苯胺，60°C下加入0.5mol/L過二硫酸錢2mL，總反應時間為2小時。
[0016]步驟(3):離心轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。
[0017]步驟(4):0.5g粉末超聲分散于200mL去離子水中，超聲頻率為50kHz，時間為2小時，加入80%水合肼2mL，加熱溫度為90°C，反應時間為2小時。
[0018]步驟(5):離心轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。
[0019]步驟(6):粉末分散液濃度為lg/L，體積為100mL，醋酸錳濃度為0.lmol/L，硝酸鈰濃度為0.lmol/L，加熱溫度為60°C，使用高猛酸鉀溶液為lmol/L，體積為5mL，反應時間為2小時。離心轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。
[0020]原理:利用高電導率聚苯胺分子修飾大比表面的還原石墨烯，然后負載具備氧還原催化能力的低尺度鈰錳氧化物顆粒，提高了單位質量活性物質的催化效率。
[0021]與現有技術相比，本發(fā)明所述制得的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑具有以下優(yōu)點:
[0022](I)制備方法簡單，原料成本低，容易實現大規(guī)模制備，有望獲得商業(yè)應用。
[0023](2)材料中鈰錳氧化物顆粒尺度極小，比表面大，催化位點多，還原石墨烯-聚苯胺電導率高。
[0024](3)該復合型催化劑具有高氧還原催化活性。
【附圖說明】
[0025]圖1是實施例1所制得的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物的掃描電鏡圖。
[0026]圖2是實施例1所制得的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物的XRD圖。
[0027]圖3是實施例1所制得的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物的循環(huán)伏安曲線。
[0028]圖4是實施例1所制得的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物的線性掃描曲線。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細的說明，但并不因此而限制本發(fā)明的內容。
[0030]實施例1:
[0031]—種還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，它包括以下步驟:
[0032]步驟一:將氧化石墨烯超聲分散在水溶液中，超聲頻率為50kHz，超聲時間為2小時，濃度為lmg/mL。
[0033]步驟二:取步驟一中氧化石墨稀溶液50mL，加入2mL苯胺，60 °C下加入0.5mol/L過二硫酸銨2mL，總反應時間為2小時。
[0034]步驟三:將步驟二中獲得的溶液離心分離，轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。
[0035]步驟四:將步驟三中獲得的粉末取0.5g超聲分散于200mL去離子水中，超聲頻率為50kHz，時間為2小時，加入80%水合肼2mL，加熱至90°C，反應時間為2小時。
[0036]步驟五:將步驟四中獲得的溶液離心分離，轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。
[0037]步驟六:將步驟五中獲得的粉末制備分散液，粉末分散液濃度為Ig/L，體積為10mL，加入醋酸錳至濃度為0.lmol/L，硝酸鈰至濃度為0.lmol/L，加熱溫度為60°C，加入lmol/L高錳酸鉀溶液5mL，反應2小時后離心分離，離心轉速9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。
[0038]本實施例制得的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物為一種還原石墨烯納米片上修飾了聚苯胺，再負載1nm左右鈰錳氧化物納米顆粒的復合型材料。
[0039]本發(fā)明使用的催化劑性能的測試方法如下:
[0040]稱取5mg的催化劑，加入ImLNaf 1n溶液(Naf 1n質量分數為0.05%，溶劑水與異丙醇的體積比為8:2)，超聲分散后得到5mg/mL的混合液。使用1-1 OyL移液槍取5?15yL混合液滴于直徑為5mm的玻碳電極表面，在室溫下晾干后作為工作電極。在三電極體系中(參比電極:飽和甘汞SCE電極，對電極:直徑為Imm的螺旋鉑絲，電解液:0.lmol/LKOH水溶液)進行氧還原催化性能測試，旋轉電極購自PINE公司。
[0041]圖3為還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物的循環(huán)伏安曲線。工作電極旋轉速度為1600rpm，掃速為 50mV/s。
[0042]圖4為還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物的線性掃描曲線。工作電極旋轉速度為1600rpm，掃速為 5mV/s。
[0043]從圖中可以看出，還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物的氧還原起始電位為-15mV，十分接近貴金屬催化劑鉑碳的0V，具備良好的氧還原催化能力。
[0044]在本發(fā)明的所有附圖中，所有的電位值均已換算為相對于標準氫電極(NHE)的電位。
【主權項】
1.一種還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟: (1)氧化石墨烯溶液的配置； (2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成； (3)將步驟(2)所得產物離心烘干； (4)取步驟(3)所得粉末超聲分散于去離子水中，加入水合肼溶液加熱反應至氧化石墨稀被還原； (5)將步驟(4)所得產物離心烘干； (6)取步驟(5)所得粉末制備還原石墨烯-聚苯胺懸浮液，加入醋酸錳，硝酸鈰，用KOH溶液調節(jié)pH=9，加熱條件下加入高錳酸鉀溶液，攪拌反應一段時間后離心烘干。2.如權利要求1所述的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(I):將氧化石墨烯超聲分散在水溶液中，超聲頻率為50kHz，超聲時間為2小時，濃度為lmg/mL。3.如權利要求1所述的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2):取氧化石墨稀溶液50mL，加入2mL苯胺，60 °C下加入0.5mol/L過二硫酸錢2mL，總反應時間為2小時。4.如權利要求1所述的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3):離心轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。5.如權利要求1所述的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(4):0.5g粉末超聲分散于200mL去離子水中，超聲頻率為50kHz，時間為2小時，加入80%水合肼2mL，加熱溫度為90°C，反應時間為2小時。6.如權利要求1所述的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(5):離心轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。7.如權利要求1所述的還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(6):粉末分散液濃度為Ig/L，體積為10mL，醋酸猛濃度為0.lmol/L，硝酸鋪濃度為0.lmol/L，加熱溫度為60°C，使用高猛酸鉀溶液為Imo 1/L，體積為5mL，反應時間為2小時;離心轉速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。
【專利摘要】還原石墨烯-聚苯胺負載鈰錳氧化物電催化劑的制備方法，該復合型催化劑具有高氧還原催化活性，易大規(guī)模制備。利用高電導率聚苯胺分子修飾大比表面的還原石墨烯，然后負載具備氧還原催化能力的低尺度鈰錳氧化物顆粒，提高催化效率。包括以下步驟：(1)氧化石墨烯溶液的配置；(2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；(3)將步驟(2)所得產物離心烘干；(4)取步驟(3)所得粉末超聲分散于去離子水中，加入水合肼溶液加熱反應至氧化石墨烯被還原。(5)將步驟(4)所得產物離心烘干。(6)取步驟(5)所得粉末制備還原石墨烯-聚苯胺懸浮液，加入醋酸錳，硝酸鈰，用KOH溶液調節(jié)pH＝9，加熱條件下加入高錳酸鉀溶液，攪拌反應一段時間后離心烘干。
【IPC分類】H01M4/90
【公開號】CN105633423
【申請?zhí)枴緾N201510998714
【發(fā)明人】邢周昊, 吳慶生
【申請人】同濟大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月27日