[发明专利]一种氧空位型NiO负载石墨烯的电催化剂及其制法

说明书

本发明涉及甲醇燃料电池技术领域，且公开了一种氧空位型NiO负载石墨烯的电催化剂，首先以聚苯乙烯球为模板，得到石墨烯‑聚苯乙烯球复合物，在高温条件下，聚苯乙烯被完全分解，得到比表面积巨大的多孔石墨烯，多孔石墨烯在双氧水和浓硫酸体系中被氧化，得到羟基化多孔石墨烯，再与六次亚甲基四胺和乙醇胺形成Ni前驱体，均匀负载到多孔石墨烯表面，经过高温煅烧后，制备得到含有氧空位的花瓣状纳米NiO，纳米NiO具有独特的花瓣状结构和超高的比表面积，以导电性优异的多孔石墨烯为电化学催化载体，负载到石墨烯的表面，减少了纳米NiO的团聚，从而暴露出大量的电化学催化活性位点，表现出优异的电催化氧化甲醇的性能。

技术领域

本发明涉及甲醇燃料电池技术领域，具体为一种氧空位型NiO负载石墨烯的电催化剂及其制法。

背景技术

石墨烯具有二维蜂窝状晶体结构，是由单层碳原子堆积而成一种碳质新材料，具有比表面积大、优异的导电性质以及优异的机械性能，对石墨烯改变形貌后形成的多孔状石墨烯，进一步提高了石墨烯的比表面积，同时解决了石墨烯片层的团聚问题，增加了石墨烯的应用范围。

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，燃料电池的种类很多，可以根据燃料电池的尺寸、结构以及燃料电池中的聚合物电解质膜的性质进行分类，其中甲醇动力燃料电池具有易于运输和存储燃料的优点，并且产物不具有污染性，具有极高的应用价值，由于燃料电池中甲醇氧化反应动力学缓慢，需要加入催化剂来加速整个反应，其中NiO极易受到各种电子跃迁的影响，由于镍的这种独特的电子特性，高导电性和热稳定性，使镍基材料常被应用于电催化领域，因此提高甲醇电氧化反应的催化活性，改善甲醇动力燃料电池的性能，加速其商业化过程至关重要。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氧空位型NiO负载石墨烯的电催化剂及其制法，解决了NiO基催化剂对甲醇催化活性较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氧空位型NiO负载石墨烯的电催化剂，所述氧空位型NiO负载石墨烯的电催化剂制备方法如下：

(1)向蒸馏水溶剂中加入氧化石墨烯，经过超声装置分散均匀后，加入聚苯乙烯球，其中氧化石墨烯和聚苯乙烯球的质量比为1:1-2，磁力搅拌2-4h，经过液氮冷冻后，低温干燥，得到石墨烯-聚苯乙烯球复合物，将其在氩气氛围中，400-600℃的条件下煅烧2-3h，得到多孔石墨烯；

(2)向体积比为1:3-4的双氧水、浓硫酸的混合溶液中加入多孔石墨烯，置于球磨机中球磨处理3-5h后，用蒸馏水稀释，经过中和、洗涤、透析并干燥后得到羟基化多孔石墨烯；

(3)向蒸馏水溶剂中加入NiCl₂和羟基化多孔石墨烯，搅拌24-48h进行吸附过程，然后滴加六次亚甲基四胺的乙醇溶液，搅拌均匀后，再加入乙醇胺的水溶液，其中蒸馏水、乙醇的体积比为120-150:100，匀速搅拌1-2h，将溶液转移进高压反应釜中，在150-170℃的条件下，反应10-15h，洗涤并干燥，制备得到石墨烯负载Ni前驱体；

(4)在空气氛围中，将石墨烯负载Ni前驱体置于管式炉中，煅烧处理，制备得到氧空位型NiO负载石墨烯的电催化剂。

优选的，所述步骤(1)中的超声分散装置包括壳体，所述壳体的底部固定连接有底座，所述底座的上表面固定连接有支撑轴，所述支撑轴的左侧转动连接有调节旋钮，所述支撑轴的顶部固定连接有托板，所述壳体的上表面固定连接有超声发射器，所述超声发射器的顶部固定连接有超声发生装置，所述超声发射器的右侧固定连接有温度计，所述壳体的外壁固定连接有控制面板，所述控制面板的右侧固定连接有控制旋钮，所述支撑轴的内部滑动连接有滑杆。

优选的，所述步骤(3)中NiCl₂、六次亚甲基四胺、乙醇胺和羟基化多孔石墨烯的质量比为100:90-110:35-50:500-700。