[发明专利]一种ZIF8-石墨烯基负载铑的气凝胶催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种ZIF8‑石墨烯基负载铑的气凝胶催化剂的制备方法和应用，该方法为：将氧化石墨烯溶液稀释在甲醇中制成氧化石墨烯分散液，再以此底模板掺入ZIF‑8源溶液原位生长出ZIF‑8，通过常温合成法制得ZIF‑8/GO溶液，并通过软化学方法得到ZIF‑8/石墨烯负载铑的气凝胶。本发明通过掺入ZIF‑8来引进孔洞，良好的改善了石墨烯固有的微孔性质，且以石墨烯和ZIF‑8的复合产物为底模板使复合材料具有更多的活性位点。制得的ZIF‑8/石墨烯基负载铑的气凝胶具有良好的电催化性能及稳定性，而且有效地利用了ZIF‑8材料的多孔特性，具有环境友好，资源利用率高，可行性好等优点，有望实现在甲醇燃料电池领域的应用。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种ZIF8-石墨烯基负载铑的气凝胶催化剂的制备方法和应用。

背景技术

我国面临严重的能源危机和环境污染，国民经济要发展，人民的生活水平要提高，就必须要合理的利用能源。同时，能源与技术的创新与突破，势必会给生产力和社会的发展与变革产生巨大的影响。迄今为止，煤、石油、天然气等化石燃料仍然是人类赖以生存的主要能源。人们对能源的需求主要是通过热机的方式，将化石燃料的化学能转变为其他各种形式的能量。然而，这种能量转化方式不仅受卡诺循环的影响能量转换效率低，同时需要较高的操作温度。再能量转换的过程中，其还会释放大量的环境污染物质，对人类日常生活的环境造成了很大的污染。随着时代的变迀，社会经济的发展，越来越多的人们对生活环境提出了更高的要求。因此，转变能源的生产和利用方式，用可再生的清洁能源大范围的取代传统化石燃料，是解决这一问题并使世界经济健康可持续发展的关键所在。在这样的背景下，燃料电池作为一种新能源技术因其较高的能量密度和较少的污染排放而受到了国内外的大量关注，可广泛用于航空航天、电动汽车、便携式电子设备(手机、笔记本电脑等)领域。

燃料电池是一种新型的能量转换装置，它可以通过电化学方式直接将储存在化石燃料中的化学能直接转化为电能。燃料电池工作时，燃料和氧化剂都由外部提供。理论上只要燃料和氧化剂持续输入，二氧化碳和水等生成物不断移除，燃料电池就能一直工作。由于其不经过燃烧过程，因此，不受卡诺循环限制，没有汽轮机、锅炉、发电机等中间能量形态变化，避免了中间转换的损耗，所以有能量转化效率高、环境污染少的优点。这是因为，其转化效率不受装置规模和负荷的限制。此外，此装置具有过负载能力强，适用的燃料广泛，机组容量的自由度大，电池本身负荷响应性好，环境相容性好等优点。作为新兴热点研究，大规模燃料电池的研发已成为西方发达国家的热点研究项目，并且取得了许多具有里程碑意义的重大成果。由此看来，燃料电池具有巨大的应用潜在价值。

然而，燃料电池技术还有许多的技术瓶颈，如电极成本高、氧化反应速率缓慢、铂基催化剂稳定性差、抗中毒能力弱等。解决这些问题的有效手段是开发新型高效的燃料电池阳极催化剂，目前使用较多的是铂基催化剂。但是，铂单一使用时会发生团聚，减少其活性位点。以直接甲醇燃料电池为例，再甲醇氧化的过程中，甲醇会在铂表面生成中间产物，这些中间产物会使催化剂中毒，导致催化活性下降，影响电化学稳定性。铂的产量较少，价格问题成为主要的限制因素。而现有技术中对ZIF-8/石墨烯纳米片复合催化剂的研究相对较少，其具有良好的抗中毒能力和催化活性，用其对铂进行补充是一个比较好的选择，而且相对于铂催化剂具有很大的研究空间。由此可见，寻找高效的阳极催化剂并且制定出科学的制备方法是亟待解决的问题，对攻克当前的技术瓶颈有着至关重要的作用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种ZIF8-石墨烯基负载铑的气凝胶催化剂的制备方法和应用，能够生产用于导电墨水、导电涂层处理的产品，产品具有高导电性、高稳定性、应用广泛、易存储的优点，可作为涂层增加其他材料的导电性，使之满足应用要求，生产工艺简单，规模小，易于推广应用，浆体也可制备成粉末，以满足其他需要。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种ZIF8-石墨烯基负载铑的气凝胶催化剂的制备方法，包括以下步骤：