[发明专利]掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法

说明书

本发明属于气凝胶制备技术领域，公开了一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法，突破了冷冻干燥得到气凝胶的传统方法，创新性地引入正硅酸乙酯，通过硅化物填充实现三维石墨烯/二硫化钼气凝胶的制备，建立了最佳的稳定制备工艺；不需要添加化学交联剂，简单、可控性高；经射线衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、热重分析、拉曼光谱检测分析表明，制备的3D‑MoS₂/G样品具有密度低，孔隙率、机械强度高、稳定性高的特点。与其它现有方法相比，此制备工艺具有较好的稳定性和重复性，可为构筑其他金属硫化物与石墨烯组装体复合物及其应用研究提供借鉴。

技术领域

本发明属于气凝胶制备技术领域，尤其涉及一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法。

背景技术

煤炭气化技术在工业生产中起到越来越重要的作用，其中提高这项技术生产效率的脱硫环节是该系统的关键组成部分。碳基材料具有优良的稳定性及吸附性能，作为载体材料已广泛用于负载型贵金属催化剂的制备。于是经过大量大量研究发现，MoS₂和石墨烯组合而成的复合材料相比较传统的贵金属催化剂表现出更加优异的电催化活性。三维石墨烯组装体在形成的过程中往往可以修复碳晶面的共轭结构，并且产物的电导率会提高，再结合自身的结构特点可以预期，石墨烯组装体的特性将会赋予它在实际应用中潜在的卓越性能。而且在达到相应的条件下，二维的石墨烯可以成为三维(3D)组装的石墨烯组装体，这使石墨烯在催化能源绿色化工领域的应用跨入了一个全新时代。因此，有关石墨烯组装体与无机粒子的复合材料的研究自然备受关注。Wu等制备了氮掺杂的Fe₂O₃/石墨稀宏观体材料，在电催化氧化还原反应中效率较高。Lee等制备了具有优良生物电催化活性的三维铑/石墨烯组装体催化剂，研究表明催化剂活性高的原因是石墨烯组装体的高比表面积和高电导率以及铑和石墨烯之间的协同效应。He等制备了三维孔结构石墨烯宏观体担载的金(银)催化剂，在4-硝基苯酚的还原和Suzuki偶联反应中展示了高活性。可见，三维石墨稀-无机材料复合组装体在电催化和有机催化反应中都有良好的性能。因此，拟构筑MoS2/石墨烯组装体整体式催化剂，希望二者的结合能够赋予复合催化剂更高的催化性能。3D-MoS2/G组装体以石墨烯为载体，典型类石墨烯—MoS2为功效性插层，兼具石墨烯和MoS2的优良性能，因此性能上更优于三维的纯石墨烯及三维类石墨烯。已有文献报道，可以通过水热合成法组装三维MoS2/石墨烯复合体水凝胶，之后，对水凝胶进行冷冻干燥处理即可得到气凝胶。复合材料气凝胶中有较多的孔洞，因此比表面积较大，同时其活性成分为常用的加氢脱硫催化剂MoS2，被广泛应用于高效催化领域。由MoS2涂片包覆在石墨烯框架上的复合材料，具有约为700m²/g的比表面积和112S/m的电导率。作为一种具有低开始电位(约100毫伏)和高电流密度(100毫安/平方厘米260毫伏)的析氢反应的催化剂，三维二硫化钼/石墨烯气凝胶具有可喜的前景，但是为了使无机材料如MoS2和石墨烯接触的更加紧密，为了得到结构稳定的MoS2/石墨烯组装体复合材料，在制备过程中经常加入化学交联剂，后期对化学交联剂处理会比较复杂且不利于环保，同时由于交联剂的不耐高温的特点，为了保留复合材料较为完整的多孔结构，实现高效催化反应的目的，研究人员大多采用冷冻干燥的办法制备气凝胶。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的复合材料气凝胶制备过程中需要加入化学交联剂，不利于环保；同时需要采用冷冻干燥的办法制备气凝胶，过程繁琐复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法。

本发明是这样实现的，一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法，所述掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法取乙醇和正硅酸乙酯，放在磁力搅拌器上搅拌，加入氧化石墨烯与二硫化钼纳米片混合溶液，加入一滴浓盐酸；然后将溶液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压水热釜中，在200℃下反应18h；将得到的组装体转移至表面皿上晾干，产物标记为3D—MoS₂/G—Si。