[发明专利]一种石墨烯修饰玻碳电极制备复合催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂载体材料领域，特别涉及一种石墨烯修饰玻碳电极制备复合催化剂的方法。

背景技术

作为一种环境友好型的，直接将一些有机小分子如甲醇、乙醇、甲酸的化学能转化为电能的简易能量转换装置，低温燃料电池在能源短缺的今天引起研究者们极大的研究兴趣与广泛的关注。在众多的低温燃料电池中，直接甲醇燃料电池由于其独特的优势已被研究了数十年，以至于延续至今。目前，直接甲醇燃料电池作为便携式移动电源已经实现了商业化应用。

尽管关于直接甲醇燃料电池的研究与应用已取得了重大的进展，然而其较高的成本(主要是贵金属催化剂的高成本)与有限的耐用性仍旧是限制其广泛应用的关键因素。因此，关于降低甲醇燃料电池催化剂成本或提高催化剂活性与稳定性的研究一直没有停息。对于以上问题，选用合适的催化剂载体至关重要。传统的催化剂载体为碳材料，如炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维等。另外，石墨烯作为一种新兴的碳材料也被广泛地应用于催化剂载体，其负载的各种贵金属催化剂目前也已实现了商业化。然而，碳材料的一个共性是在电化学氧化反应中容易被氧化腐蚀，从而影响到催化剂的催化活性及耐用性。因此，导电高分子作为一种同时具有良好导电性能与氧化还原活性的有机材料也许是继碳材料之后催化剂载体的又一不错的选择。

导电高分子作为金属催化剂载体具有一些独特的优点，如利用率较高的比表面积、高的抗氧化腐蚀能力、可控的表面形貌与膜厚度、既能质子导电又能电子导电的特性等。5-氨基吲哚(AIn)作为吲哚的一种衍生物，其特殊的结构与性能引起了我们极大的研究兴趣。但AIn在金属电极的表面很难聚合沉积，表现出一定的电化学惰性，很难得到一定量的PAIn。

发明内容

石墨烯作为一种新型的碳材料，由于其特殊的二维单层碳原子结构以及高的导电性能与比表面积，得到了各研究领域广泛的研究。特别地，由于石墨烯良好的化学稳定性与宽的电化学窗口，它可以被作为电极材料或基材来负载高分子及无机纳米颗粒。

因此，本发明在电极表面引入石墨烯，将AIn电化学沉积在石墨烯(GE)修饰过的玻碳电极(GC)上，通过电极表面GE的引入提高AIn的电化学聚合效率及所得聚合物的性能。

制备步骤如下：

(1)氧化石墨烯的制备采用改进后的Hummer方法，即以商业石墨为原料，经过一系列的氧化处理得到氧化石墨。

(2)然后取一定量的氧化石墨粉分散到一定量的蒸馏水中，连续超声2h使其均匀分散，所得溶液为深棕色；将分散好的溶液使用离心机以4000r min^-1的转速离心15min，倒出上清液，即为氧化石墨烯(GO)分散液，呈浅红棕色。离心出的沉淀物干燥后称重，经换算，所得氧化石墨烯分散液的浓度约为0.5mg/ml。

(3)先将玻碳电极用抛光粉打磨至镜面，依次用蒸馏水、乙醇冲洗、超声干净后，干燥；然后，在其表面滴加一定量的氧化石墨烯分散液，烘箱中60℃干燥后得氧化石墨烯修饰的玻碳电极，以下简写为GO/GC。

(4)将上步所得GO/GC电极放入磷酸缓冲溶液中，以铂丝为对电极，SCE为参比电极，在恒电位-1.0V下还原10min，便得还原态的石墨烯(GE)；将所得GE修饰的GC电极(GE/GC)作为工作电极。

本发明制备有益效果：(1)与在裸的GC电极表面相比，AIn在GE表面的起始氧化电位降低、电化学活性及聚合效率明显提高，且所得聚合物PAIn的电化学活性与稳定性也得到明显的提高。(2)由于GE的引入，PAIn的物理与电化学性能均得到一定程度的改进，PAIn粗糙的表面形貌为Pt颗粒的沉积提供了较高的比表面积与较多的附着位点，因此Pt颗粒在PAIn/GE表面实现了较均匀地分散，表现出较高的电化学活性面积。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案实施过程，但本发明并不限于实施例中的描述。

实施例1

(1)氧化石墨烯的制备采用改进后的Hummer方法，即以商业石墨为原料，经过一系列的氧化处理得到氧化石墨。

(2)然后取10mg的氧化石墨粉分散到10ml的蒸馏水中，连续超声2h使其均匀分散，所得溶液为深棕色；将分散好的溶液使用离心机以4000r min^-1的转速离心15min，倒出上清液，即为氧化石墨烯(GO)分散液，呈浅红棕色。离心出的沉淀物干燥后称重，经换算，所得氧化石墨烯分散液的浓度约为0.5mg/ml。