[发明专利]一种用于制备燃料电池用氢的石墨烯插层催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于制备燃料电池用氢的石墨烯插层催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1制备金属插层的氧化石墨：将氧化石墨与金属氯化物按照摩尔配比搅拌混合，低温烧结后获得具有金属原子插层的氧化石墨，待用；S2制备干凝胶：将S1步骤中具有金属原子插层的氧化石墨加入乙醇中，加热搅拌得到悬浊液，再加入钛酸四丁酯、硝酸盐和络合剂至悬浊液中，恒温水浴下进行超声剥离，恒温搅拌得到干凝胶；S3制备石墨烯插层钙钛矿结构催化剂：将干凝胶进行高温烧结，再进行氢等离子退火处理，获得石墨烯插层的钙钛矿结构催化剂。本发明具有催化效率高、催化活性高以及稳定性好的优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池产业制氢催化剂技术领域，具体涉及一种用于制备燃料电池用氢的石墨烯插层催化剂的制备方法。

背景技术

随着有限的化石燃料与人类剧增的能源需求之间的矛盾的加剧以及环境问题的日益突出，使得开发清洁、高效的新能源已经刻不容缓。H2 燃烧值高，无臭无毒，燃烧产物无污染，是可再生能源。H2 可直接作为燃料电池的燃料，为电动车提供动力，解决当前的尾气污染问题，也可将氢能直接转化为电能，为用电器供电，是拥有广阔前景的新能源。而利用太阳能光催化分解水制氢，将能量密度低、分散性强的太阳能转化为氢能，再通过燃料电池将生成的氢气和氧气进行电化学反应，产生电能，其产物水又可作为太阳能制氢的原料，且对环境不会产生任何污染，可形成良性循环的能源体系。因此，利用太阳能光催化分解水制氢被称为被称作“21 世纪梦的技术”，受到了广泛深刻的研究。

钙钛矿型复合氧化物ABO3是一种具有独特物理性质和化学性质的新型无机非金属材料，A位一般是 稀土或碱土元素离子，B位为过渡元素离子，A位和B位皆可被半径相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变，因此在理论上它是研究催化剂表面及 催化性能的理想样品。由于这类化合物具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的功能材料，在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜力。

钙钛矿复合氧化物具有独特的晶体结构,尤其经掺杂后形成的晶体缺陷结构和性能,或可被应用在固体燃料电池、固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器及替代贵金属的氧化还原催化剂等诸多领域,成为化学、物理和材料等领域的研究热点。

催化制氢由于其环保、节能的优点成为下一代制氢手段的主要关注对象。但由于其催化效率低，催化剂活性差等特点暂未在工业应用中普及。光催化制氢的核心在于吸收光辐射能量后产生电子，用以参加水分解反应。钙钛矿材料由于其宽禁带，是光解水制氢的热门材料。但由于其效率较低，难以在工业化生产中大规模应用，因此针对钙钛矿结构的催化剂改进具有十分重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于制备燃料电池用氢的石墨烯插层催化剂的制备方法，提高了钙钛矿作为光催化剂的催化活性和稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于制备燃料电池用氢的石墨烯插层催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1制备金属插层的氧化石墨：将氧化石墨与金属氯化物按照摩尔配比搅拌混合，低温烧结后获得具有金属原子插层的氧化石墨，待用；

S2制备干凝胶：将S1步骤中具有金属原子插层的氧化石墨加入乙醇中，加热搅拌得到悬浊液，再加入钛酸四丁酯、硝酸盐和络合剂至悬浊液中，恒温水浴下进行超声剥离，恒温搅拌得到干凝胶；

S3制备石墨烯插层钙钛矿结构催化剂：将干凝胶进行高温烧结，再进行氢等离子退火处理，获得石墨烯插层的钙钛矿结构催化剂。

通过石墨烯插层钙钛矿结构使钙钛矿层间距扩大，在催化反应过程中石墨烯作为导电骨架，提高载流子迁移率，降低电子与空穴和复合，从而提高催化效率。同时石墨烯与钙钛矿层间通过碳-金属键连接，在反应过程中充当支撑骨架的作用，抑制钙钛矿的水解，提高了钙钛矿作为光催化剂的催化活性和稳定性。