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掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法技术

技术编号:15711329 阅读:124 留言:0更新日期:2017-06-28 02:37
本发明专利技术属于气凝胶制备技术领域,公开了一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法,突破了冷冻干燥得到气凝胶的传统方法,创新性地引入正硅酸乙酯,通过硅化物填充实现三维石墨烯/二硫化钼气凝胶的制备,建立了最佳的稳定制备工艺;不需要添加化学交联剂,简单、可控性高;经射线衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、热重分析、拉曼光谱检测分析表明,制备的3D‑MoS

Process for preparing three-dimensional graphene / molybdenum disulfide aerogel doped with tetraethyl orthosilicate

The invention belongs to the technical field of aerogel preparation, three-dimensional graphene / discloses a doped TEOS MoS2 aerogel preparation method, the traditional method breaks through the freezing and drying to obtain the aerogel, the introduction of innovative TEOS through the silicide filled 3D graphene / MoS2 aerogel preparation to establish a stable system, the best preparation process; do not need to add chemical crosslinking agent, simple and high controllability; by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, thermogravimetric analysis, Raman spectroscopy analysis showed that the preparation of 3D MoS

【技术实现步骤摘要】
掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法
本专利技术属于气凝胶制备
,尤其涉及一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法。
技术介绍
煤炭气化技术在工业生产中起到越来越重要的作用,其中提高这项技术生产效率的脱硫环节是该系统的关键组成部分。碳基材料具有优良的稳定性及吸附性能,作为载体材料已广泛用于负载型贵金属催化剂的制备。于是经过大量大量研究发现,MoS2和石墨烯组合而成的复合材料相比较传统的贵金属催化剂表现出更加优异的电催化活性。三维石墨烯组装体在形成的过程中往往可以修复碳晶面的共轭结构,并且产物的电导率会提高,再结合自身的结构特点可以预期,石墨烯组装体的特性将会赋予它在实际应用中潜在的卓越性能。而且在达到相应的条件下,二维的石墨烯可以成为三维(3D)组装的石墨烯组装体,这使石墨烯在催化能源绿色化工领域的应用跨入了一个全新时代。因此,有关石墨烯组装体与无机粒子的复合材料的研究自然备受关注。Wu等制备了氮掺杂的Fe2O3/石墨稀宏观体材料,在电催化氧化还原反应中效率较高。Lee等制备了具有优良生物电催化活性的三维铑/石墨烯组装体催化剂,研究表明催化剂活性高的原因是石墨烯组装体的高比表面积和高电导率以及铑和石墨烯之间的协同效应。He等制备了三维孔结构石墨烯宏观体担载的金(银)催化剂,在4-硝基苯酚的还原和Suzuki偶联反应中展示了高活性。可见,三维石墨稀-无机材料复合组装体在电催化和有机催化反应中都有良好的性能。因此,拟构筑MoS2/石墨烯组装体整体式催化剂,希望二者的结合能够赋予复合催化剂更高的催化性能。3D-MoS2/G组装体以石墨烯为载体,典型类石墨烯—MoS2为功效性插层,兼具石墨烯和MoS2的优良性能,因此性能上更优于三维的纯石墨烯及三维类石墨烯。已有文献报道,可以通过水热合成法组装三维MoS2/石墨烯复合体水凝胶,之后,对水凝胶进行冷冻干燥处理即可得到气凝胶。复合材料气凝胶中有较多的孔洞,因此比表面积较大,同时其活性成分为常用的加氢脱硫催化剂MoS2,被广泛应用于高效催化领域。由MoS2涂片包覆在石墨烯框架上的复合材料,具有约为700m2/g的比表面积和112S/m的电导率。作为一种具有低开始电位(约100毫伏)和高电流密度(100毫安/平方厘米260毫伏)的析氢反应的催化剂,三维二硫化钼/石墨烯气凝胶具有可喜的前景,但是为了使无机材料如MoS2和石墨烯接触的更加紧密,为了得到结构稳定的MoS2/石墨烯组装体复合材料,在制备过程中经常加入化学交联剂,后期对化学交联剂处理会比较复杂且不利于环保,同时由于交联剂的不耐高温的特点,为了保留复合材料较为完整的多孔结构,实现高效催化反应的目的,研究人员大多采用冷冻干燥的办法制备气凝胶。综上所述,现有技术存在的问题是:现有的复合材料气凝胶制备过程中需要加入化学交联剂,不利于环保;同时需要采用冷冻干燥的办法制备气凝胶,过程繁琐复杂。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术提供了一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法。本专利技术是这样实现的,一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法,所述掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法取乙醇和正硅酸乙酯,放在磁力搅拌器上搅拌,加入氧化石墨烯与二硫化钼纳米片混合溶液,加入一滴浓盐酸;然后将溶液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压水热釜中,在200℃下反应18h;将得到的组装体转移至表面皿上晾干,产物标记为3D—MoS2/G—Si。进一步,所述掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法包括以下步骤:步骤一,将2g石墨粉分散于50mL的浓硫酸中,在磁力搅拌下将6g高锰酸钾和2gNaNO3交替的加入反应液中;反应完成后,往反应液中加入蒸馏水,将稀释后的试液转移至2000ml的烧杯中,继续加蒸馏水稀释反应液至1800ml,静置几个小时后,倒出上层清液,重新加水,搅拌均匀后静置,重复3-4次,反复离心稀释,并用pH试纸测上清液的pH,直到上清液呈中性为止,将所得的棕黄色产物用去离子水超声分散40min倒掉底层固体残渣,即可得到黑棕色的氧化石墨烯;步骤二,在手套箱中称取150℃干燥后的3g二硫化钼粉装入干燥的大反应釜中,加入搅拌子,再加入含1.6mol/l正丁基锂的正己烷溶液16.2ml,在室温下搅拌72小时,离心,用正己烷洗涤数次,干燥后倒入蒸馏水中,用超声分散,调节pH至中性;步骤三,取表面皿称重待用,量取5mlGO水溶液倒在表面皿上,放入烘箱烘干,再次称重,用所得数据计算GO水溶液的质量浓度,并配置为2mg/ml,超声分散1h,得到均匀的GO溶液;将MoS2水溶液2mg/ml,超声分散1h,得到均匀的MoS2溶液;将GO与MoS2按质量比2:1混合,超声0.5h使二者充分混合均匀,取10ml乙醇和4ml正硅酸乙酯,放在磁力搅拌器上搅拌0.5h,加入GO与ATTM混合溶液调整体积至35ml,向溶液中加入一滴浓盐酸;然后将溶液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压水热釜中,反应;将得到的组装体转移至表面皿上晾干,产物标记为3D—MoS2/G—Si。进一步,所述离心机的转速设置为4000r/min。进一步,所述干燥后倒入1000ml蒸馏水中,用超声分散30-60min,调节pH至中性。进一步,所述将溶液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压水热釜中,在200℃下反应18h。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法制备的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备的复合材料催化剂。本专利技术的优点及积极效果为:突破了冷冻干燥得到气凝胶的传统方法,节省了冷冻干燥等不必要的资源消耗,创新性地引入正硅酸乙酯,通过硅化物填充实现三维石墨烯/二硫化钼气凝胶的制备,建立了最佳的稳定制备工艺;制备过程中不需要添加化学交联剂,使得制备过程和后续处理过程更加环保,取而代之的正硅酸乙酯填充物可以更好的稳定复合材料的3D结构,使得体积表面积进一步增大,有利于提高复合材料的催化性能,这种制备方法由于是水相合成,所以制备过程简单、可控性和重复性高,经过实验验证,平行实验8组,实验制备结果基本一致。经射线衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、热重分析、拉曼光谱检测分析表明,制备的3D-MoS2/G样品具有密度低,孔隙率、机械强度高、稳定性高的特点。与其它现有方法相比,此制备工艺具有较好的稳定性和重复性,可为构筑其他金属硫化物与石墨烯组装体复合物及其应用研究提供借鉴。本专利技术直接采用水热法合成复合材料,在水热法制备过程中创造性的掺杂了正硅酸乙酯作为填充物充当了交联剂的作用作为支撑,使得复合材料的三维结构更加稳定,并且由于填充物的加入使得复合材料的体积更大,表面积更大,有利于提高复合材料的催化性能和催化活性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的3D-G(A)、3D-MoS2/G-F(B)和3D-MoS2/G-Si(C、D)组装体的扫描电镜示意图。图3是本专利技术实施例提供的A为3D-MoS2/G-Si组装体的透射电镜,B为高分辨率透射电本文档来自技高网
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掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法

【技术保护点】
一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法,其特征在于,所述掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法取乙醇和正硅酸乙酯,放在磁力搅拌器上搅拌,加入氧化石墨烯与二硫化钼纳米片混合溶液,加入一滴浓盐酸;然后将溶液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压水热釜中,在200℃下反应18h;将得到的组装体转移至表面皿上晾干,产物标记为3D—MoS

【技术特征摘要】
1.一种掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法,其特征在于,所述掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法取乙醇和正硅酸乙酯,放在磁力搅拌器上搅拌,加入氧化石墨烯与二硫化钼纳米片混合溶液,加入一滴浓盐酸;然后将溶液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压水热釜中,在200℃下反应18h;将得到的组装体转移至表面皿上晾干,产物标记为3D—MoS2/G—Si。2.如权利要求1所述的掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法,其特征在于,所述掺杂正硅酸乙酯的三维石墨烯/二硫化钼气凝胶制备方法包括以下步骤:步骤一,将2g石墨粉分散于50mL的浓硫酸中,在磁力搅拌下将6g高锰酸钾和2gNaNO3交替的加入反应液中;反应完成后,往反应液中加入蒸馏水,将稀释后的试液转移至2000ml的烧杯中,继续加蒸馏水稀释反应液至1800ml,静置几个小时后,倒出上层清液,重新加水,搅拌均匀后静置,重复3-4次,反复离心稀释,并用pH试纸测上清液的pH,直到上清液呈中性为止,将所得的棕黄色产物用去离子水超声分散40min倒掉底层固体残渣,即可得到黑棕色的氧化石墨烯;步骤二,在手套箱中称取150℃干燥后的3g二硫化钼粉装入干燥的大反应釜中,加入搅拌子,再加入含1.6mol/l正丁基锂的正己烷溶液16.2ml,在室温下搅拌72小时,离心,用正己烷洗涤数次,干燥后倒入蒸馏水中,用超声分散,调节pH至中性;步骤三...

【专利技术属性】
技术研发人员:武斌
申请(专利权)人:武斌
类型:发明
国别省市:内蒙古,15

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