还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法技术

还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，该复合型催化剂具有高氧还原催化活性，易大规模制备。利用高电导率聚苯胺分子修饰大比表面的还原石墨烯，然后负载具备氧还原催化能力的低尺度铈锰氧化物颗粒，提高催化效率。包括以下步骤：(1)氧化石墨烯溶液的配置；(2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；(3)将步骤(2)所得产物离心烘干；(4)取步骤(3)所得粉末超声分散于去离子水中，加入水合肼溶液加热反应至氧化石墨烯被还原。(5)将步骤(4)所得产物离心烘干。(6)取步骤(5)所得粉末制备还原石墨烯-聚苯胺悬浮液，加入醋酸锰，硝酸铈，用KOH溶液调节pH＝9，加热条件下加入高锰酸钾溶液，搅拌反应一段时间后离心烘干。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学领域，具体涉及一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法。
技术介绍
氢燃料电池具备高能量密度，低成本，无污染等特点，受到了广泛关注。在燃料电池的应用过程中，本身的性能和价格是限制其发展的重要因素。高性能的燃料电池中，正极氧还原的催化剂主要为铂、银等贵金属，具备良好的还原催化能力。贵金属的成本过高，难以商业化，碳材料电导率高且成本低，但是催化活性低。现有使用较多的二氧化锰材料由于颗粒较大，比表面低，大多还是应用在小型电池上。为了满足社会对大电流大功率的低成本电池的需求，开发高效廉价的氧还原催化剂是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，该复合型催化剂具有高氧还原催化活性，容易实现大规模制备，有望获得商业应用。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，它包括以下步骤：(1)氧化石墨烯溶液的配置；(2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；(3)将步骤(2)所得产物离心烘干。(4)取步骤(3)所得粉末超声分散于去离子水中，加入水合肼溶液加热反应至氧化石墨烯被还原。(5)将步骤(4)所得产物离心烘干。(6)取步骤(5)所得粉末制备还原石墨烯-聚苯胺悬浮液，加入醋酸锰，硝酸铈，用KOH溶液调节pH＝9，加热条件下加入高锰酸钾溶液，搅拌反应一段时间后离心烘干。其中：步骤(1)：将氧化石墨烯超声分散在水溶液中，超声频率为50kHz，超声时间为2小时，浓度为1mg/mL。步骤(2)：取氧化石墨烯溶液50mL，加入2mL苯胺，60℃下加入0.5mol/L过二硫酸铵2mL，总反应时间为2小时。步骤(3)：离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。步骤(4)：0.5g粉末超声分散于200mL去离子水中，超声频率为50kHz，时间为2小时，加入80％水合肼2mL，加热温度为90℃，反应时间为2小时。步骤(5)：离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。步骤(6)：粉末分散液浓度为1g/L，体积为100mL，醋酸锰浓度为0.1mol/L，硝酸铈浓度为0.1mol/L，加热温度为60℃，使用高锰酸钾溶液为1mol/L，体积为5mL，反应时间为2小时。离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。原理：利用高电导率聚苯胺分子修饰大比表面的还原石墨烯，然后负载具备氧还原催化能力的低尺度铈锰氧化物颗粒，提高了单位质量活性物质的催化效率。与现有技术相比，本专利技术所述制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂具有以下优点：(1)制备方法简单，原料成本低，容易实现大规模制备，有望获得商业应用。(2)材料中铈锰氧化物颗粒尺度极小，比表面大，催化位点多，还原石墨烯-聚苯胺电导率高。(3)该复合型催化剂具有高氧还原催化活性。附图说明图1是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的扫描电镜图。图2是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的XRD图。图3是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的循环伏安曲线。图4是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的线性扫描曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细的说明，但并不因此而限制本专利技术的内容。实施例1：一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，它包括以下步骤：步骤一：将氧化石墨烯超声分散在水溶液中，超声频率为50kHz，超声时间为2小时，浓度为1mg/mL。步骤二：取步骤一中氧化石墨烯溶液50mL，加入2mL苯胺，60℃下加入0.5mol/L过二硫酸铵2mL，总反应时间为2小时。步骤三：将步骤二中获得的溶液离心分离，转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。步骤四：将步骤三中获得的粉末取0.5g超声分散于200mL去离子水中，超声频率为50kHz，时间为2小时，加入80％水合肼2mL，加热至90℃，反应时间为2小时。步骤五：将步骤四中获得的溶液离心分离，转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。步骤六：将步骤五中获得的粉末制备分散液，粉末分散液浓度为1g/L，体积为100mL，加入醋酸锰至浓度为0.1mol/L，硝酸铈至浓度为0.1mol/L，加热温度为60℃，加入1mol/L高锰酸钾溶液5mL，反应2小时后离心分离，离心转速9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。本实施例制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物为一种还原石墨烯纳米片上修饰了聚苯胺，再负载10nm左右铈锰氧化物纳米颗粒的复合型材料。本专利技术使用的催化剂性能的测试方法如下：称取5mg的催化剂，加入1mLNafion溶液(Nafion质量分数为0.05％,溶剂水与异丙醇的体积比为8:2)，超声分散后得到5mg/mL的混合液。使用1-10μL移液枪取5～15μL混合液滴于直径为5mm的玻碳电极表面，在室温下晾干后作为工作电极。在三电极体系中(参比电极：饱和甘汞SCE电极，对电极：直径为1mm的螺旋铂丝，电解液：0.1mol/LKOH水溶液)进行氧还原催化性能测试，旋转电极购自PINE公司。图3为还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的循环伏安曲线。工作电极旋转速度为1600rpm，扫速为50mV/s。图4为还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的线性扫描曲线。工作电极旋转速度为1600rpm，扫速为5mV/s。从图中可以看出，还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的氧还原起始电位为-15mV，十分接近贵金属催化剂铂碳的0V，具备良好的氧还原催化能力。在本专利技术的所有附图中，所有的电位值均已换算为相对于标准氢电极(NHE)的电位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种还原石墨烯‑聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：(1)氧化石墨烯溶液的配置；(2)氧化石墨烯‑聚苯胺的合成；(3)将步骤(2)所得产物离心烘干；(4)取步骤(3)所得粉末超声分散于去离子水中，加入水合肼溶液加热反应至氧化石墨烯被还原；(5)将步骤(4)所得产物离心烘干；(6)取步骤(5)所得粉末制备还原石墨烯‑聚苯胺悬浮液，加入醋酸锰，硝酸铈，用KOH溶液调节pH＝9，加热条件下加入高锰酸钾溶液，搅拌反应一段时间后离心烘干。

【技术特征摘要】
1.一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在
于，它包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯溶液的配置；
(2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；
(3)将步骤(2)所得产物离心烘干；
(4)取步骤(3)所得粉末超声分散于去离子水中，加入水合肼溶液加热反
应至氧化石墨烯被还原；
(5)将步骤(4)所得产物离心烘干；
(6)取步骤(5)所得粉末制备还原石墨烯-聚苯胺悬浮液，加入醋酸锰，
硝酸铈，用KOH溶液调节pH＝9，加热条件下加入高锰酸钾溶液，搅拌反应一
段时间后离心烘干。
2.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备
方法，其特征在于，所述步骤(1)：将氧化石墨烯超声分散在水溶液中，超声频
率为50kHz，超声时间为2小时，浓度为1mg/mL。
3.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备
方法，其特征在于，步骤(2)：取氧化石墨烯溶液50mL，加入2mL苯胺，60℃
下加入0.5mol/L过二硫酸铵2mL，总反应时间为2小时。
4.如权利要求1所述的还原石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢周昊，吴庆生，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31