基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，包括以下步驟：1）將石墨粉進行氧化制備石墨氧化物；2）將步驟1）制備的石墨氧化物進行超聲處理制備石墨烯氧化物；3）將步驟2）制備的石墨烯氧化物加水稀釋；4）將步驟3）得到的稀釋后的石墨烯氧化物溶液進行水熱還原反應，得到的產物即為基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極。本發明制備的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極具有優良的氧析出催化性能和長期穩定性，可替代昂貴的銥及其氧化物電極，并廣泛應用于光解水和金屬-空氣電池以及其他能源轉換裝置等領域，具備較高的實用價值，并且本發明的原料為普通石墨粉，原料來源廣泛、價格低廉、制備方法簡單、適合大規模生產。
【專利說明】基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氧析出電極的制備方法，具體涉及一種基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法。
【背景技術】
[0002]氧氣的析出反應是最重要的電催化反應之一，廣泛應用于光解水和金屬-空氣電池等領域。銥及其氧化物電極是目前氧析出反應傳統的電極也是最常用的電極，但銥作為貴金屬，其價格昂貴、資源有限，且長時間運行時性能損失嚴重，阻礙了光解水和金屬-空氣電池等領域的商業化發展。針對銥及其氧化物電極價格昂貴、資源有限、長時間運行時性能損失嚴重等嚴重不足，近年來研究發現某些過渡金屬元素(例如鈷和鎳)氧化物材料表現出一定的氧析出性能，但過渡金屬氧化物氧析出過電位通常較高，效果不理想，并且步驟繁瑣，難于實現大規模生產。例如d Perovskite Oxide Optimized forOxygen Evolution Catalysis from Molecular Orbital Principles.Jin Suntivich etal.Science 334，1383 (2011).DO1: 10.1126/science.1212858 ；An Advanced N1-FeLayered Double Hydroxide Electrocatalyst for Water Oxidation.Ming Gong etal.J.Am.Chem.Soc.135，8452(2013).DOI..10.1021/ja4027715; Nitrogen-dopedcarbon nanomaterials as non-metal electrocatalysts for water oxidation.NatureCowmunica tions 4，2390 (2013).DO1: 10.1038/ncomms3390.因此，研究一種高效、價格便宜、穩定可靠、制備步驟簡單的氧析出電極顯得十分必要。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本 發明的目的在于提供一種基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，該電極具有優良的氧析出催化性能和長期穩定性，并且原材料來源豐富、制備方法簡單、價格低廉。
[0004]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
本發明的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，包括以下步驟:
1)將石墨粉進行氧化制備石墨氧化物；
2)將步驟I)制備的石墨氧化物進行超聲處理制備石墨烯氧化物；
3)將步驟2)制備的石墨烯氧化物加水稀釋；
4)將步驟3)得到的稀釋后的石墨烯氧化物溶液進行水熱還原反應，得到的產物即為基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極。
[0005]進一步，所述步驟I)中，使用濃硫酸、硝酸鈉以及高錳酸鉀將石墨粉氧化，制備石
墨氧化物。
[0006]進一步，所述步驟2)中，將石墨氧化物在4~50℃下超聲處理6~24h，制備石墨烯氧化物。
[0007]進一步，所述步驟3)得到的稀釋后的石墨烯氧化物溶液濃度為0.1~1.0 mg/ml。[0008]進一步，所述步驟4)中，水熱還原反應溫度為12(T200°C，反應時間為6~24h。
[0009]本發明的有益效果在于:
本發明將石墨氧化并超聲后得到石墨烯氧化物，然后將石墨烯氧化物稀釋，最后經過水熱還原反應制備出基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極，經實驗證明，該電極具有優良的氧析出催化性能和長期穩定性，并且本發明的原料為普通石墨粉，原料來源廣泛、價格低廉、制備方法簡單、適合大規模生產。
[0010]石墨烯是一種由碳原子構 成的單層片狀結構的新材料，是一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。自2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯以來，石墨烯因其具有的良好的電導性能、透光性能和柔性性能，使它在觸摸屏、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極管等領域作為透明電導電極得到了廣泛的應用。而由本發明的方法制備的還原石墨烯氧化物具有高效的氧析出催化性能，可以作為氧析出電極使用，從而拓展了石墨烯的應用范圍，本發明制備的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極可替代昂貴的銥及其氧化物電極，并廣泛應用于光解水和金屬-空氣電池以及其他能源轉換裝置等領域，具備較高的實用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
圖1為實施例1制備的還原石墨烯氧化物電極的透射電鏡圖；
圖2為實施例1制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1M KOH溶液中的極化曲線比較圖；
圖3為實施例1制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1M KOH溶液中的穩定性比較圖；
圖4為實施例2制備的還原石墨烯氧化物電極的透射電鏡圖；
圖5為實施例2制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1M KOH溶液中的極化曲線比較圖；
圖6為實施例2制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1M KOH溶液中的穩定性比較圖。
【具體實施方式】
[0012]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0013]實施例1
本實施例的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，包括以下步驟:
O使用濃硫酸、硝酸鈉以及高錳酸鉀將石墨粉氧化，制備石墨氧化物；
2)將步驟I)制備的石墨氧化物在10°C下超聲處理10h，制備石墨烯氧化物；
3)將步驟2)制備的石墨烯氧化物加水稀釋至濃度為0.5 mg/ml ；
4)將步驟3)得到的稀釋后的石墨烯氧化物溶液在180°C下水熱還原反應12h，得到的產物即為基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極。[0014]圖1為實施例1制備的還原石墨烯氧化物電極的透射電鏡圖；從圖中可以清晰的看出片狀的還原石墨烯氧化物結構。
[0015]圖2為實施例1制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1MKOH溶液中的極化曲線比較圖，發現和氧化銥/碳電極相比，還原石墨烯氧化物電極表現出更負的起始電位，說明還原石墨烯氧化物電極具有高效的氧析出催化性能。
[0016]圖3為實施例1制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1MKOH溶液中的穩定性比較圖，發現和氧化銥/碳電極相比，運行4000s后，還原石墨烯氧化物電極具有更負的電位1.46 V，即比氧化銥/碳電極電位提高了約57mV，說明還原石墨烯氧化物電極更適合長期的運行，具有更高的穩定性。
[0017]上述實驗數據表明，實施例1制備的還原石墨烯氧化物電極具有優良的氧析出催化性能和長期穩定性，可替代昂貴的銥及其氧化物電極，作為氧析出電極使用。
[0018]實施例2
本實施例的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，包括以下步驟:
O使用濃硫酸、硝酸鈉以及高錳酸鉀將石墨粉氧化，制備石墨氧化物；
2)將步驟I)制備的石墨氧化物在15°C下超聲處理12h，制備石墨烯氧化物；
3)將步驟2)制備的石墨烯氧化物加水稀釋至濃度為1.0mg/ml ；
4)將步驟3)得到的稀釋后的石墨烯氧化物溶液在200°C下水熱還原反應10h，得到的產物即為基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極。
[0019]圖4為實施例2制備的還原石墨烯氧化物電極的透射電鏡圖；從圖中可以清晰的看出片狀的還原石墨烯氧化物結構。
[0020]圖5為實施例2制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1MKOH溶液中的極化曲線比較圖，發現和氧化銥/碳電極相比，還原石墨烯氧化物電極表現出更負的起始電位，說明還原石墨烯氧化物電極具有高效的氧析出催化性能。
[0021]圖6為實施例2制備的還原石墨烯氧化物電極和氧化銥/碳電極在氧氣飽和0.1MKOH溶液中的穩定性比較圖，發現和氧化銥/碳電極相比，運行3000s后，還原石墨烯氧化物電極具有更負的電位1.48 V，即比氧化銥/碳電極電位提高了約48mV，說明還原石墨烯氧化物電極更適合長期的運行，具有更高的穩定性。
[0022]上述實驗數據表明，實施例2制備的還原石墨烯氧化物電極具有優良的氧析出催化性能和長期穩定性，可替代昂貴的銥及其氧化物電極，作為氧析出電極使用。
[0023]最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將石墨粉進行氧化制備石墨氧化物； 2)將步驟I)制備的石墨氧化物進行超聲處理制備石墨烯氧化物； 3)將步驟2)制備的石墨烯氧化物加水稀釋； 4)將步驟3)得到的稀釋后的石墨烯氧化物溶液進行水熱還原反應，得到的產物即為基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極。
2.根據權利要求1所述的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，使用濃硫酸、硝酸鈉以及高錳酸鉀將石墨粉氧化，制備石墨氧化物。
3.根據權利要求1所述的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，將石墨氧化物在4~5(TC下超聲處理6~24h，制備石墨烯氧化物。
4.根據權利要求1所述的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，其特征在于:所述步驟3)得到的稀釋后的石墨烯氧化物溶液濃度為0.1~1.0 mg/ml。
5.根據權利要求1所述的基于還原石墨烯氧化物的氧析出電極的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，水熱還原反應溫度為12(T200°C，反應時間為6~24h。
【文檔編號】C25B1/02GK103924261SQ201410155738
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】李長明, 張連營, 趙志亮 申請人:西南大學