[发明专利]一种高稳定性CoSe2/石墨烯复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种高稳定性CoSe₂/石墨烯复合电极材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由平面单层碳原子构成的二维网格结构新型材料，是包裹成富勒烯、卷曲成碳纳米管和堆砌成石墨等其他碳同素异形体的基本单元。石墨烯具有比表面积大、导电能力强和稳定性高等优点，用作载体制备的Pt/石墨烯催化剂，抗腐蚀能力强、电子传导性能好、电催化活性高，是优异的燃料电池阴极催化剂。然而，金属Pt资源稀少、价格昂贵，成为限制PEMFC规模化生产的瓶颈。因此，研究价格低廉、催化活性高的非贵金属催化剂成为促进PEMFC发展的重要目标。在众多非贵金属催化剂中，过渡金属硫族化合物在酸性介质中氧还原催化活性高、选择性强、稳定性好，且价格低廉，有望成为Pt催化剂的替代材料。Co-Se化合物作为一种过渡金属硫族化合物，以其低廉的价格和良好的催化性能，已经成为阴极氧还原催化剂一个新的研究热点，是一类很有前途的PEMFC阴极催化剂材料。探索合成新型的具有优良性能的Co-Se与石墨烯复合材料一直是国内外学者研究的热点领域。

Co-Se与石墨烯复合材料的合成方法主要有固相法、溶剂热法、低温回流法，每一种方法具有不同的特点，根据对产物性能的要求可以采用不同的合成方法。目前多采用溶剂热法合成Co-Se与石墨烯复合材料，首先利用还原剂将氧化石墨还原为石墨烯，随后将硒和钴化合物以及石墨烯加入溶剂，溶剂热合成Co-Se与石墨烯复合材料。该法合成的Co-Se与石墨烯复合材料具有较好的性能，但工艺相对复杂，且Co-Se粒子结晶性不好，作为电极材料稳定性差和催化活性不高，不利于大规模生产和应用。综合以上分析，用一种简单的方法，得到具有结晶性好，高稳定性和高催化活性的Co-Se与石墨烯复合电极材料，是一项有着重要科学意义的工作。

发明内容

本发明目的是提供一种高稳定性CoSe₂/石墨烯复合电极材料的制备方法，解决现有技术制备CoSe₂与石墨烯复合电极材料存在的催化剂昂贵、稳定性差和催化活性不高、粒子结晶性不好、反应比例不方便控制和工艺复杂问题。

为实现上述目的本发明的技术方案是，一种高稳定性CoSe₂/石墨烯复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

一、氧化石墨烯的合成：准确称量200mg氧化石墨，分散于100mL葡萄糖溶液中，经超声，离心分离，收集上层清液，即制得氧化石墨烯溶液；

二、制备氢氧化钴和氧化石墨烯的混合溶胶：量取10～15mL乙二醇，滴加1.0～2.5mL低浓度氨水，匀速搅拌，将一定量醋酸钴溶于氧化石墨烯溶液后，逐滴加入到乙二醇中，控制温度在60～75℃，连续梯度匀速搅拌0.5～1.5小时，即形成均匀的氢氧化钴和氧化石墨烯混合溶胶；

三、恒温真空陈化：真空陈化5～10h，控制温度在30～60℃，真空度为70Pa；

四、制备CoSe₂/石墨烯复合电极材料：将步骤三中得到的混合溶胶加入到水热反应釜中，再加入一定量硒粉，滴加4～6mL的氢氧化钠溶液，控制醋酸钴和硒粉物质的量比为1:2，将反应釜密封后，控温在160～180℃反应12小时，减压过滤，洗涤，真空干燥，即得到高稳定性CoSe₂/石墨烯复合电极材料。

所述葡萄糖溶液的浓度为1.0～2.0mol/L，在40～50kHz频率下超声20分钟；离心速率控制在7000r/min。

 所述氢氧化钠溶液浓度为4mol/L。

所述连续梯度匀速搅拌的速度为100~250r/min。

本发明的优点：一、采用上述制备方法，CoSe₂均匀负载在石墨烯表面，实现了高稳定性CoSe₂/石墨烯复合电极材料的合成；二、合成工艺简单易操作，条件温和，原料成本低；三、本发明制备的CoSe₂/石墨烯复合电极材料与现有的非贵金属电极材料相比，具有高效电催化活性；四、本发明制备的CoSe₂/石墨烯复合电极材料，结晶性好，稳定性高，且耐毒化能力强。本发明制备的高稳定性CoSe₂/石墨烯复合电极材料，适用于作为聚合物电解质膜（PEMFC）燃料电池的阴极催化剂，在酸性介质中催化活性显著提高，催化剂成本降低，电池性能明显增强。

附图说明