[发明专利]还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开一种还原氧化石墨烯‑聚氢醌电极的制备方法及其产品和应用，还原氧化石墨烯‑聚氢醌电极的制备方法包括配制氧化石墨烯与醌氢醌的水溶液并加入氢氧化钠作为抗凝剂；以金属工作电极为阳极通入高密度电流，使该金属工作电极附近的OH^‑1大量消耗，pH值下降，氧化石墨烯与醌氢醌即在金属工作电极表面通过氢键自组装成膜和将所得膜经过热处理在该金属工作电极表面形成致密的活性涂层。本发明方法简单易于实施；所得的还原氧化石墨烯‑聚氢醌电极为功能电极，可用于传感与电解水制氢等领域。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是指一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法及其产品和应用。

背景技术

石墨烯是碳元素构成的二维材料，通过化学反应氧化修饰其表面可得易溶于水的氧化石墨烯。氧化石墨烯部分还原后得到还原氧化石墨烯，其导电性上升且不再溶于水（Zhang J, Yang H, Shen G, et al. Reduction of graphene oxide via L-ascorbicacid[J]. Chemical Communications, 2010, 46(7): 1112-1114.）；将还原氧化石墨烯负载于电极表面可用于传感与电化学反应等。在还原氧化石墨烯表面掺杂氟元素可进一步提高其性能（Chronopoulos D D, Bakandritsos A, Pykal M, et al. Chemistry,properties, and applications of fluorographene[J]. Applied materials today,2017, 9: 60-70）。还原氧化石墨烯机械强度低下，容易从电极表面剥离，因此在制备电极时还需将其与一种导电高分子复合。2015年，Chen等通过水热法合成了还原氧化石墨烯与聚氢醌的复合物（Chen L, Wu J, Zhang A, et al. One-step synthesis ofpolyhydroquinone–graphene hydrogel composites for high performancesupercapacitors[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(31): 16033-16039.）并用于制备超级电容器。2016年，何丹农等（申请公布号：CN106654207A）公开了一种制备含有还原氧化石墨烯、导电聚合物与醌类添加剂的电极的方法，但该方法不但需要额外加入粘结剂，而且制备步骤较多。Алексей Григорьевич Ткачев等（申请公布号：RU2659285C1）公开了通过加热氧化石墨烯与苯醌制备复合物吸附剂的方法，Wendy LeeQUEEN等（申请公布号：WO2019038645A1）公开了通过交联剂制备还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物吸附剂的方法，Stephen A. Steiner等（申请公布号：US20190062517A1）公开了通过冻干法制备还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物，它们均无法直接用于电极的制备。Alan J.Heeger等（申请公布号：WO2016205407A1）公开了一种用于超级电容器的含有石墨烯与聚氢醌的阴极设计，但其仍需要加入另一种导电高分子作为电极粘结剂。

发明内容

本发明针对还原氧化石墨烯-聚氢醌复合物生成后，难以修饰于电极表面的问题，本发明目的在于提供一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法，包括在金属电极表面原位生成还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物膜的方法，配制氧化石墨烯与醌氢醌的水溶液并加入氢氧化钠作为抗凝剂；以金属工作电极为阳极通入高密度电流，使该金属工作电极附近的OH^-1大量消耗，pH值下降，氧化石墨烯与醌氢醌即在金属工作电极表面通过氢键自组装成膜和将所得膜经过热处理在该金属工作电极表面形成致密的活性涂层，至少包括如下步骤：