一种高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料及其制备方法和应用，制备方法包括：步骤一、制备氧化石墨烯粉末；步骤二、将步骤一制备的氧化石墨烯粉末按质量浓度为1～2mg/ml分散于去离子水中，室温超声形成分散液，按照氧化石墨烯与钨酸铵粉末的质量比为1:(0.5～2)，室温下将钨酸铵粉末在磁力搅拌下注入到分散液中，并通过水浴加热使其混合均匀，经冷冻干燥后形成棕黄色粉末；步骤三、将棕黄色粉末样品转移到管式炉中，在保护气体氛围中400～600℃下退火处理1～4h得到氧化石墨烯均匀负载氢钨青铜纳米颗粒的催化剂；本发明专利技术的电催化材料过电位低、Tafel斜率小，电催化活性高，电催化析氢效率高，具有优异的稳定性，且制备成本低。制备成本低。制备成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能材料
，涉及电催化材料，具体涉及一种高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着世界性的资源短缺和环境恶化问题日益严重，氢能作为清洁能源而受到广泛关注。目前，氢气的商业化生产大多是利用天然气或水煤气的蒸汽重整，这种生产方式转化率低，并且会产生二氧化碳，加剧全球变暖。因此，开发廉价且高效的制氢方法具有重要意义。电催化水分解具有非常高的转化效率，被认为是获得氢能的绿色途径。然而，主流的电催化剂由高催化活性的贵金属组成，其高昂的成本限制了商业化应用。设计合成具有可媲美贵金属析氢性能的非贵金属电催化剂是目前研究的热点。
[0003]氧化钨作为过渡金属氧化物的一类，地壳丰度高，易获取且环境友好，具有结构易调控和高性价比的特点。但是实验和理论研究表明，其作为析氢电催化剂存在有钨对吸附氢的结合能较高而导致催化活性低的问题，并且三氧化钨的本征导电性较差，因此限制了其作为催化剂的应用。从理论上来讲，缺陷会造成氧化钨电子结构的变化，从而改变表面的氢吸附能强度，达到调节电催化产氢性能的作用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料及其制备方法和应用，制备出高活性高、稳定性的石墨烯负载氢钨青铜电催化材料，电催化析氢效率高，且原料廉价易得、制备方法简单、成本低。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、采用改良Hummer's法制备氧化石墨烯，并经冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；
[0008]步骤二、将步骤一制备的氧化石墨烯粉末按质量浓度为1～2mg/ml分散于去离子水中，室温超声形成分散液，按照氧化石墨烯粉末与钨酸铵粉末的质量比为1:(0.5～2)，室温下将钨酸铵粉末在磁力搅拌下注入到分散液中，并通过水浴加热并持续磁力搅拌使其混合均匀，经冷冻干燥后形成棕黄色粉末；
[0009]步骤三、将棕黄色粉末样品转移到管式炉中，在保护气体氛围中400～600℃下退火处理1～4h得到氧化石墨烯均匀负载氢钨青铜纳米颗粒的催化剂。
[0010]本专利技术还具有以下技术特征：
[0011]优选的，步骤一和步骤二中所述的冷冻干燥为经过2～4h冷冻后真空干燥24h。
[0012]优选的，步骤二中所述的超声时间为10～30min。
[0013]优选的，步骤二中所述的磁力搅拌时间为0.5～1h。
[0014]优选的，步骤二中所述的水浴加热的温度为70～90℃。
[0015]优选的，步骤三中所述的保护气体为氮气、氩气或氩氢混合气体。
[0016]本专利技术还保护一种如上所述的方法制备的高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料，氢钨青铜纳米颗粒均匀负载在片状氧化石墨烯载体上，所述的氢钨青铜纳米颗粒粒径＜200nm。
[0017]本专利技术还保护一种如上所述的高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料在电解水制氢中的应用。
[0018]优选的，该材料适用于酸性水电解制氢。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0020]本专利技术的制备方法以价格低廉且易得的钨酸铵作为水分解的析氢催化剂的原料，基于研究氧化钨的内部缺陷对其电催化析氢性能的影响，调控前驱体中氢的存在，以一种简单的固相烧结法成功在片状氧化石墨烯载体上生长了分散性良好的单晶氢钨青铜，在不改变三氧化钨点阵框架的前提下，进行了H
+
的插层反应，从而制备出高性能的非贵金属析氢催化剂，达到降低电催化水分解制氢成本的目的，整体制备流程简单、反应条件不苛刻；
[0021]根据本专利技术的制备方法所得高活性高稳定性的石墨烯负载氢钨青铜电催化材料过电位低、Tafel斜率小，电催化活性高，电催化析氢效率高，具有优异的稳定性，且制备成本低。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1和对比例1制备电催化材料的XRD谱；
[0023]图2为本专利技术实施例1制备电催化材料的SEM照片；
[0024]图3为本专利技术对比例1制备电催化材料的SEM照片；
[0025]图4为本专利技术实施例1所制备的电催化材料的TEM图；
[0026]图5为本专利技术实施例1对比例1所制备催化剂的LSV图；
[0027]图6为本专利技术实施例1所制备的电催化材料的循环伏安曲线；
[0028]图7为本专利技术实施例1所制备的电催化材料的恒电压测试图。
具体实施方式
[0029]以下结合实施例对本专利技术的具体内容做进一步详细解释说明。
[0030]实施例1
[0031]步骤一、采用改良Hummer's法制备氧化石墨烯，并经过2h冷冻后真空干燥24h；
[0032]步骤二、将150mg步骤一所得的氧化石墨烯粉末质量浓度为1.5mg/ml分散于去离子水中，室温超声20min形成均匀分散液，室温下将150mg钨酸铵粉末在磁力搅拌下注入到分散液中，并通过在70℃水浴加热并持续磁力搅拌30min使其混合均匀后经过2h冷冻后真空干燥24h后形成棕黄色粉末；
[0033]步骤三、将棕黄色粉末样品转移到管式炉中，在保护气体氮气中600℃下退火处理2h得到黑色粉末H
0.23
WO3/rGO，即高活性高稳定性的氢钨青铜纳米颗粒均匀负载在石墨烯上的催化剂。
[0034]实施例2
[0035]步骤一、采用改良Hummer's法制备氧化石墨烯，并经过3h冷冻后真空干燥24h；
[0036]步骤二、将150mg步骤一所得的氧化石墨烯粉末质量浓度为2mg/ml分散于去离子水中，室温超声30min形成均匀分散液，室温下将75mg钨酸铵粉末在磁力搅拌下注入到分散液中，并通过在70℃水浴加热并持续磁力搅拌30min使其混合均匀后经过3h冷冻后真空干燥24h后形成棕黄色粉末；
[0037]步骤三、将棕黄色粉末样品转移到管式炉中，在保护气体氮气中400℃下退火处理1h得到黑色粉末H
0.23
WO3/rGO，即高活性高稳定性的氢钨青铜纳米颗粒均匀负载在石墨烯上的催化剂。
[0038]实施例3
[0039]步骤一、采用改良Hummer's法制备氧化石墨烯，并经过4h冷冻后真空干燥24h；
[0040]步骤二、将150mg步骤一所得的氧化石墨烯粉末质量浓度为1mg/ml分散于去离子水中，室温超声10min形成均匀分散液，室温下将225mg钨酸铵粉末在磁力搅拌下注入到分散液中，并通过在80℃水浴加热并持续磁力搅拌50min使其混合均匀后经过4h冷冻后真空干燥24h后形成棕黄色粉末；
[0041]步骤三、将棕黄色粉末样品转移到管式炉中，在保护气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用改良Hummer's法制备氧化石墨烯，并经冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；步骤二、将步骤一制备的氧化石墨烯粉末按质量浓度为1～2mg/ml分散于去离子水中，室温超声形成分散液，按照氧化石墨烯粉末与钨酸铵粉末的质量比为1:(0.5～2)，室温下将钨酸铵粉末在磁力搅拌下注入到分散液中，并通过水浴加热并持续磁力搅拌使其混合均匀，经冷冻干燥后形成棕黄色粉末；步骤三、将棕黄色粉末样品转移到管式炉中，在保护气体氛围中400～600℃下退火处理1～4h得到氧化石墨烯均匀负载氢钨青铜纳米颗粒的催化剂。2.如权利要求1所述的高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤二中，所述的冷冻干燥为经过2～4h冷冻后真空干燥24h。3.如权利要求1所述的高活性高稳定性石墨烯负载氢钨青铜电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的超声时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，曹一凡，杨平平，张书瑜，许占位，孔硌，黄剑锋，曹丽云，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：