[发明专利]一种钨酸铋-石墨烯-导电水凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明属于电解催化剂研发技术领域，尤其涉及一种钨酸铋‑石墨烯‑导电水凝胶的制备方法及其应用。本发明提供了一种钨酸铋‑石墨烯‑导电水凝胶的制备方法，为：水热反应制备钨酸铋、超声剥离、石墨烯量子点制备、激光溶蚀复合、交联聚合、苯胺浸入及二次聚合。本发明还提供了一种上述制备方法得到的产品在电解催化剂中的应用。通过引入石墨烯量子点，增加钨酸铋的活性位点以提高电催化性能；进一步地，与导电凝胶结合，使钨酸铋‑石墨烯进一步均匀分散，防止催化剂团聚，增大催化剂的催化面积，并且凝胶在催化完成后，回收方便；解决了现有技术中，用于光电降解或电解水阴极析氢反应的催化剂，存在着催化性能差及无法回收的的技术缺陷。

技术领域

本发明属于电解催化剂研发技术领域，尤其涉及一种钨酸铋-石墨烯-导电水凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

环境与能源问题是人类面临的一重大问题，为了实现人类资源的可持续发展，我们需要致力于发展清洁能源系统，减少污染物排放以保护生态环境。可再生能源包括有太阳能、风能、氢能、生物能等。

氢能是一种清洁的可再生染料，氢气的燃烧能够提供相较于一般化石燃料三倍的能量，同时产物无污染，具有零污染物排放，可循环利用等优点。自电解水被首次报道后，此后该方法得到广泛的关注与研究。利用供过于求的电能分解水产生氢气可作为能源直接供应，同时也可将氢气存储用于燃料电池等。

但是，电解水的阴极析氢反应(HER,hydrogen evolution reaction)具有较高的动力学势垄，导致HER需要在较高的过电势下进行，消耗过高的电能，所以需要寻找合适的催化剂降低电势，提高氢气析出效率。铂基贵金属是HER最为理想的电催化剂，但铂基材料受限于价格昂贵，储量低等问题，在应用上存在着较大的限制。

现有技术中，由于钨酸铋(Bi₂WO₆)的层状结构能够能促进光生电子－空穴的分离，也有利于离子在层间的传输，具有较好的物理化学性能，如铁电、热释电、光降解、压电、非线性介电极化和发光性能等。然而，单一的Bi₂WO₆在光降解中存在着不足，它的可见光响应范围有限，光生电子与空穴的复合率较高。同时，在电解反应结束后，无法将催化剂回收，造成了催化剂的浪费及带来环境污染。

因此，研发出一种钨酸铋-石墨烯-导电水凝胶的制备方法及其应用，用于解决现有技术中，用于电解水阴极析氢反应的催化剂，存在着催化性能差及无法回收的的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钨酸铋-石墨烯-导电水凝胶的制备方法及其应用，用于解决现有技术中，用于电解水阴极析氢反应的催化剂，存在着催化性能差及无法回收的的技术缺陷。

本发明提供了一种钨酸铋-石墨烯-导电水凝胶的制备方法，所述制备方法为：

步骤一、水热反应制备钨酸铋：钨酸钠、硝酸铋与CTAB混和后溶于水中，搅拌后进行水热反应，所述水热反应结束后依次经洗涤和干燥，得片层钨酸铋；

步骤二、超声剥离：所述片层钨酸铋溶解后超声剥离，得分散二维钨酸铋纳米片；

步骤三、石墨烯量子点制备：石墨烯溶解后，激光处理，得石墨烯量子点；

步骤四、激光溶蚀复合：所述分散二维钨酸铋纳米片与所述石墨烯量子点混合，进行激光溶蚀复合，得石墨烯-钨酸铋；

步骤五、交联聚合：石墨烯-钨酸铋、丙烯酰胺溶液、交联剂与引发剂混合后，聚合得第五产物；

步骤六、苯胺浸入：所述第五产物与苯胺溶液混合，静置得第六产物；

步骤七、二次聚合：所述第六产物与引发剂溶液混合，聚合得钨酸铋-石墨烯-聚丙烯酰胺-聚苯胺导电水凝胶产品。