[发明专利]一种硫、氮共掺杂三维石墨烯/硫化锰复合材料的制备及其应用于氧的电催化还原

摘要

本发明涉及一种硫、氮共掺杂三维石墨烯/硫化锰(MnS/S,N‑3DG)复合材料的制备及其应用于氧的电催化还原。包括以下步骤：MnS/S,N‑3DG复合材料的制备、将MnS/S,N‑3DG复合材料修饰于玻碳电极表面测试材料对氧还原的电催化活性。本发明的有益效果是：采用一种简单易行的方式制备了MnS/S,N‑3DG复合材料。随着氮原子、硫原子以及硫化锰的引入，复合材料展现了优异的氧还原电催化活性。材料的稳定性以及抗甲醇性能均要优于商用Pt/C催化剂。

主权项

1.一种可用于电催化还原氧的硫、氮共掺杂三维石墨烯/硫化锰(MnS/S,N‑3DG)复合材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：a、制备MnS/S,N‑3DG复合材料：取氧化石墨烯30～60mg超声分散于15mL水中，形成2～4mg mL‑1的氧化石墨烯水溶液；取硫脲0.5～1g、氯化锰0.05～0.12g加入氧化石墨烯水溶液中，搅拌30min混合均匀；在将上述溶液转入反应釜中后，将反应釜置于马弗炉中，升温至120～200℃，恒温保持6～24h，反应釜中的氧化石墨烯转变成石墨烯水凝胶，水热反应生成的MnS以及未反应完的硫脲附着在石墨烯水凝胶表面；将石墨烯水凝胶进行冷冻干燥24h，置于管式炉中将温度升至700℃，氩气氛围下恒温2h，制得硫、氮共掺杂三维石墨烯/硫化锰复合材料(MnS/S,N‑3DG)；b、电极的修饰：将步骤a制得的MnS/S,N‑3DG复合材料进行研磨超声分散到一定体积的水中制得均匀的分散液，然后移取5～10μL的分散液滴到玻碳电极上，室温下干燥，得到该复合材料修饰的玻碳电极；c、测试MnS/S,N‑3DG复合材料的氧还原电催化活性：MnS/S,N‑3DG复合材料的氧还原电催化活性通过电化学工作站和旋转圆盘电极进行测试；本实验采用三电极体系，MnS/S,N‑3DG复合材料修饰的玻碳电极为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极；电化学测试采用的电解液为KOH溶液，在进行电化学测试前溶液均用氮气或氧气净化饱和30～50min以上；将该材料进行线性扫描伏安测试，通过观察氧还原起始电位和极限电流密度来判断该材料对氧的电催化还原活性的强弱；在‑0.4V的恒电位下，测试10000s，考察MnS/S,N‑3DG复合材料的稳定性能；将MnS/S,N‑3DG分别在氧气饱和的0.1M KOH溶液和氧气饱和的0.1M KOH与1M甲醇混合溶液中进行循环伏安测试，考察复合材料抗甲醇性能。