还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开一种还原氧化石墨烯‑聚氢醌电极的制备方法及其产品和应用，还原氧化石墨烯‑聚氢醌电极的制备方法包括配制氧化石墨烯与醌氢醌的水溶液并加入氢氧化钠作为抗凝剂；以金属工作电极为阳极通入高密度电流，使该金属工作电极附近的OH

Preparation method, products and application of reduced graphene oxide polyhydroquinone composite electrode

【技术实现步骤摘要】
还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及纳米材料
，尤其是指一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
石墨烯是碳元素构成的二维材料，通过化学反应氧化修饰其表面可得易溶于水的氧化石墨烯。氧化石墨烯部分还原后得到还原氧化石墨烯，其导电性上升且不再溶于水（ZhangJ,YangH,ShenG,etal.ReductionofgrapheneoxideviaL-ascorbicacid[J].ChemicalCommunications,2010,46(7):1112-1114.）；将还原氧化石墨烯负载于电极表面可用于传感与电化学反应等。在还原氧化石墨烯表面掺杂氟元素可进一步提高其性能（ChronopoulosDD,BakandritsosA,PykalM,etal.Chemistry,properties,andapplicationsoffluorographene[J].Appliedmaterialstoday,2017,9:60-70）。还原氧化石墨烯机械强度低下，容易从电极表面剥离，因此在制备电极时还需将其与一种导电高分子复合。2015年，Chen等通过水热法合成了还原氧化石墨烯与聚氢醌的复合物（ChenL,WuJ,ZhangA,etal.One-stepsynthesisofpolyhydroquinone–graphenehydrogelcompositesforhighperformancesupercapacitors[J].JournalofMaterialsChemistryA,2015,3(31):16033-16039.）并用于制备超级电容器。2016年，何丹农等（申请公布号：CN106654207A）公开了一种制备含有还原氧化石墨烯、导电聚合物与醌类添加剂的电极的方法，但该方法不但需要额外加入粘结剂，而且制备步骤较多。АлексейГригорьевичТкачев等（申请公布号：RU2659285C1）公开了通过加热氧化石墨烯与苯醌制备复合物吸附剂的方法，WendyLeeQUEEN等（申请公布号：WO2019038645A1）公开了通过交联剂制备还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物吸附剂的方法，StephenA.Steiner等（申请公布号：US20190062517A1）公开了通过冻干法制备还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物，它们均无法直接用于电极的制备。AlanJ.Heeger等（申请公布号：WO2016205407A1）公开了一种用于超级电容器的含有石墨烯与聚氢醌的阴极设计，但其仍需要加入另一种导电高分子作为电极粘结剂。
技术实现思路
本专利技术针对还原氧化石墨烯-聚氢醌复合物生成后，难以修饰于电极表面的问题，本专利技术目的在于提供一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法，包括在金属电极表面原位生成还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物膜的方法，配制氧化石墨烯与醌氢醌的水溶液并加入氢氧化钠作为抗凝剂；以金属工作电极为阳极通入高密度电流，使该金属工作电极附近的OH-1大量消耗，pH值下降，氧化石墨烯与醌氢醌即在金属工作电极表面通过氢键自组装成膜和将所得膜经过热处理在该金属工作电极表面形成致密的活性涂层，至少包括如下步骤：（1）配制含氧化石墨烯、醌氢醌与氢氧化钠的水溶液作为电镀液，其中，氧化石墨烯浓度为0-8mgmL-1，醌氢醌的浓度为0.1-4mgmL-1，氢氧化钠的浓度为0.01-0.4molL-1。（2）将金属工作电极与铂电极置于步骤（1）获得的电镀液中，以金属工作电极为阳极通入高密度直流电，其中，电极表面的电流密度为4-50mAcm-2，金属工作电极的表面产生大量氧气气泡，表面沉积紫黑色凝胶膜；（3）以超纯水冲洗（2）中获得的金属工作电极，并置于密闭的聚四氟乙烯容器中加热；（4）将（3）中获得的电极依次置于稀盐酸溶液、超纯水与乙醇溶液中清洗，得到还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极。其中，步骤（1）所述电镀液中氧化石墨烯由改进的Hummers法制备，富含含氧基团；或不加，或不加氧化石墨烯。在上述方案基础上，步骤（1）所述电镀液在室温环境中为稳定分散液，可长期存放反复使用，所述氧化石墨烯浓度为1mgmL-1，醌氢醌浓度为1mgmL-1，氢氧化钠浓度为0.1molL-1。步骤（2）所述金属工作电极为纯铜电极或黄铜电极。步骤（2）所述电镀过程中，通入电流密度为10mAcm-2。步骤（3）中将步骤（2）中所得电极与氟化铵粉末一起置于密闭的聚四氟乙烯容器中于180℃下保温1小时，得掺氟还原氧化石墨烯-聚氢醌电极。本专利技术还提供了一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极，根据上述任一所述方法制备得到。本专利技术也提供了一种所述还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极在传感与电解水制氢中的应用。具体的：（1）配制氧化石墨烯与醌氢醌的水溶液并加入氢氧化钠作为抗凝剂；（2）以金属工作电极为阳极通入高密度的电流，使该金属工作电极附近的OH-1大量消耗，pH值下降，氧化石墨烯与醌氢醌即在金属工作电极表面自组装成膜；（3）将（2）中所得膜经过热处理在金属工作电极表面形成致密的活性涂层。如图3所示，为本专利技术的原理示意图：其中，a显示一个可逆过程，氧化石墨烯与醌氢醌可通过氢键聚合成凝胶，加入碱破坏氢键后凝胶分解，除去碱后凝胶再次生成；b在阳极附近，羟基被大量消耗，氧化石墨烯与醌氢醌在金属工作电极表面聚合成凝胶，而在电镀池的其它区域，羟基浓度足以阻止凝胶的形成。本专利技术利用了醌氢醌与氧化石墨烯通过酸碱度调节过程的特性，通过在电极表面自组装成膜的方法制备复合电极。本专利技术的优越性在于：氧化石墨烯-醌氢醌凝胶只在金属工作电极表面生成，而电镀液本身在室温下保持溶液状态，可反复多次使用。无需额外的粘结剂即可在金属工作电极表面形成牢固致密的还原氧化石墨烯-聚氢醌复合物涂层。附图说明图1从上到下依次为为按本专利公开方法制备的掺氟还原氧化石墨烯-聚氢醌电极、还原氧化石墨烯-聚氢醌电极、掺氟聚氢醌电极以及纯铜电极的照片；图2为分别以图1中的掺氟还原氧化石墨烯-聚氢醌电极、还原氧化石墨烯-聚氢醌电极、掺氟聚氢醌电极和纯铜为阴极，铂丝电极为阳极在0.1molL-1NaOH溶液中电解水制氢，阴极表面电流密度与施加电压的关系；图3为本专利技术的原理示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1...

【技术保护点】
1.一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法，其特征在于在金属电极表面原位生成还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物膜的方法，包括配制氧化石墨烯与醌氢醌的水溶液并加入氢氧化钠作为抗凝剂；以金属工作电极为阳极通入高密度电流，使该金属工作电极附近的OH

【技术特征摘要】
1.一种还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法，其特征在于在金属电极表面原位生成还原氧化石墨烯与聚氢醌复合物膜的方法，包括配制氧化石墨烯与醌氢醌的水溶液并加入氢氧化钠作为抗凝剂；以金属工作电极为阳极通入高密度电流，使该金属工作电极附近的OH-1大量消耗，pH值下降，氧化石墨烯与醌氢醌即在金属工作电极表面通过氢键自组装成膜和将所得膜经过热处理在该金属工作电极表面形成致密的活性涂层，至少包括如下步骤：
（1）配制含氧化石墨烯、醌氢醌与氢氧化钠的水溶液作为电镀液，其中氧化石墨烯浓度为0-8mgmL-1，醌氢醌的浓度为0.1-4mgmL-1，氢氧化钠的浓度为0.01-0.4molL-1；
（2）将金属工作电极与铂电极置于步骤（1）获得的电镀液中，以金属工作电极为阳极通入高密度直流电，使电极表面的电流密度为4-50mAcm-2，使金属工作电极的表面产生大量氧气气泡，得到表面沉积紫黑色凝胶膜的金属工作电极；
（3）以超纯水冲洗步骤（2）中获得的金属工作电极，并置于密闭的聚四氟乙烯容器中加热；
（4）将（3）中获得的电极依次置于稀盐酸溶液、超纯水与乙醇溶液中清洗，得到还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极。


2.根据权利要求1所述的还原氧化石墨烯-聚氢醌复合电极的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，张放为，张芳，卢玉英，张道明，阳靖峰，焦靖华，王亚坤，葛美英，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31