[发明专利]一种提高石墨烯电催化制氢活性的方法

说明书

本发明公开了一种提高石墨烯电催化制氢活性的方法，方法包括以下步骤：S1、以石墨为原料，化学氧化法制备氧化石墨烯；S2、将步骤S1制得的所述氧化石墨烯通过化学还原法制得还原氧化石墨烯；S3、采用多次线性伏安扫描法处理步骤S2制得的所述还原氧化石墨烯。本发明未对石墨烯进行任何的化学修饰及改性，只是通过多次的线性伏安扫描进行活化，大幅度提高了石墨烯电催化析氢电流，可以替代贵金属Pt/C催化剂进行电催化水解制氢。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种提高石墨烯电催化制氢活性的方法。

背景技术

为解决日益严重的能源危机和环境问题，开发清洁、高效的氢能是一条可持续、有前景的方法。石墨烯由于其碳原子构成的单层片状特殊结构，具有优异的性质，如高的理论比表面积、优异的机械强度、良好的柔韧性和高的电导率等，在光催化及电催化产氢有着有令人振奋的应用前景。

电解水、光催化、光电催化分解水制氢，都需要制氢催化剂。目前最好的制氢催化剂是金属铂，但铂价格昂贵，在地壳中含量稀少，势必限制了工业化制氢。因此，寻找高效、廉价替代品对实际工业化有重要的意义。

通过还原氧化石墨烯是制备石墨烯是一条重要的，低成本的途径，得到的石墨烯用于电催化产氢。Yanguang Li等人在Journal ofAmerican Chemistry Society，133，7296，2011中报道，将还原氧化石墨烯修饰在玻碳电极上，在0.5mol/L H₂SO₄进行线性伏安扫描，结果显示即使在很负电压下，析氢电流依然很小。因此不少文献报道对石墨烯进行改性。Yao Zheng等人在Nature Communication，4，4783，2014报道，N掺杂石墨烯在过电压为-0.56V vs RHE，电流密度为10mA/cm²。Bhaskar R.Sathe等人在Catalysis ScienceTechnology，4，2023，2014中报道，将B掺杂石墨烯修饰在玻碳电极上，在0.5mol/L的H₂SO₄溶液中进行线性伏安扫描，结果显示电流密度为10mA/cm²时，析氢过电压为-0.46V vs RHE。Yuanfu Chen等人在International Journal of Hydrogen Energy，42，2017报道了用Ar等离子体处理并N，S共掺得到了石墨烯泡沫，相比于未掺杂石墨烯泡沫电催化析氢活性有较大程度的提高，在10mA/cm2时，析氢过电位为-0.30V vs RHE。虽然掺杂改性石墨烯比未改性石墨烯在电催化产氢上有一定程度的提高，但是活性依然偏低，与传统贵金属Pt/C催化活性还有很大的差距。本发明未对石墨烯进行任何化学修饰及改性，只是通过电化学方法：多次线性伏安扫描处理，大幅度减小了石墨烯电催化析氢过电位，在10mA/cm²电流密度时，析氢过电位大约为-110mV。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种提高石墨烯电催化制氢活性的方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种提高石墨烯电催化制氢活性的方法，该方法包括以下步骤：

S1、以石墨为原料，化学氧化法制备氧化石墨烯；

S2、将步骤S1制得的所述氧化石墨烯通过化学还原法制得还原氧化石墨烯；

S3、采用多次线性伏安扫描法处理步骤S2制得的所述还原氧化石墨烯。

步骤S2的化学还原法采用硼氢化钠或水合肼作为还原剂；所述化学还原法为水热法、溶剂热法、氢气热辅助还原法、热剥离法中任意一种。

步骤S3具体包括：

S31、将步骤S2制得的还原氧化石墨烯分散在分散剂中形成还原氧化石墨烯分散液，溶度为0.5～10mg/mL，分散剂为0.025～0.15wt％的Nafion水溶液；