CN110474056A - 一种利用石墨烯改性钙钛矿氧化物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3进行改性的方法。改进Hummers法制备氧化石墨烯，将干燥后的100mg氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中，超声1h。接着在80℃的温度下，加入适量水合肼搅拌2h，直到溶液变成黑色。用无水乙醇和去离子水过滤洗涤后，真空干燥12h后得到蓬松的石墨烯粉末。采用溶胶‑凝胶法制备钙钛矿型氧化物La0.6Sr0.4CoO3，将制备的石墨烯按10％～25％与钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按90％～75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，得到石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3改性的催化剂。

Description

一种利用石墨烯改性钙钛矿氧化物的方法
技术领域
本发明归于材料化学以及电化学研究领域，特别是关于一种利用石墨烯表面改性钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3的方法。
背景技术
全球能源危机和环境污染越发严重，开发高效、经济、环保的可持续发展绿色新能源迫在眉睫。绿色新能源中，金属-空气电池是最具有潜力的电池，具有成本低、无污染、效率高、理论密度高和放电稳定等优点。近年来，非金属催化剂成为人们的研究热点。钙钛矿氧化物(ABO3)是一种极具前景的去取代贵金属的电催化材料，A表示稀土元素，B表示过渡金属元素，其理想结构是立方结构，优点是在保持晶体的结构下可以通过在A、B位上合理替换不同的阳离子，对物理化学性质进行调控来提高其催化性能。
发明内容
本发明的目是提供一种利用石墨烯对La0.6Sr0.4CoO3钙钛矿氧化物的催化性能进行改性的方法。
本发明的思路：在钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3中添加石墨烯来制备改性催化剂，用来提高催化氧电极的性能。
具体步骤为：
(1)改进Hummers法制备氧化石墨烯：将干燥后的100mg氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中，超声1h。接着在80℃的温度下，加入适量水合肼搅拌2h，直到溶液变成黑色。用无水乙醇和去离子水过滤洗涤后，真空干燥12h后得到蓬松的石墨烯粉末。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3配制柠檬酸溶液，搅拌下将柠檬酸溶液缓慢加入到硝酸盐混溶液中，滴入氨水调节pH值值，然后将溶液在85℃水浴下旋转蒸发溶剂得到胶体，将其在120℃干燥12h后，350℃预煅烧30min，将其研磨后在800℃继续煅烧3h，再次研磨得到钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3。
(3)将步骤(1)制得的石墨烯按10％～25％与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按90％～75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3改性的催化剂。
具体实施方式
实施例1：
(1)改进Hummers法制备氧化石墨烯：将干燥后的100mg氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中，超声1h。接着在80℃的温度下，加入适量水合肼搅拌2h，直到溶液变成黑色。用无水乙醇和去离子水过滤洗涤后，真空干燥12h后得到蓬松的石墨烯粉末。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3配制柠檬酸溶液，搅拌下将柠檬酸溶液缓慢加入到硝酸盐混溶液中，滴入氨水调节pH值值，然后将溶液在85℃水浴下旋转蒸发溶剂得到胶体，将其在120℃干燥12h后，350℃预煅烧30min，将其研磨后在800℃继续煅烧3h，再次研磨得到钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3。
(3)将步骤(1)制得的石墨烯与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按10％：90％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3改性的催化剂。
实施例2：
(1)改进Hummers法制备氧化石墨烯：将干燥后的100mg氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中，超声1h。接着在80℃的温度下，加入适量水合肼搅拌2h，直到溶液变成黑色。用无水乙醇和去离子水过滤洗涤后，真空干燥12h后得到蓬松的石墨烯粉末。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3配制柠檬酸溶液，搅拌下将柠檬酸溶液缓慢加入到硝酸盐混溶液中，滴入氨水调节pH值值，然后将溶液在85℃水浴下旋转蒸发溶剂得到胶体，将其在120℃干燥12h后，350℃预煅烧30min，将其研磨后在800℃继续煅烧3h，再次研磨得到钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3。
(3)将步骤(1)制得的石墨烯与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按15％：85％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3改性的催化剂。
实施例3：
(1)改进Hummers法制备氧化石墨烯：将干燥后的100mg氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中，超声1h。接着在80℃的温度下，加入适量水合肼搅拌2h，直到溶液变成黑色。用无水乙醇和去离子水过滤洗涤后，真空干燥12h后得到蓬松的石墨烯粉末。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3配制柠檬酸溶液，搅拌下将柠檬酸溶液缓慢加入到硝酸盐混溶液中，滴入氨水调节pH值值，然后将溶液在85℃水浴下旋转蒸发溶剂得到胶体，将其在120℃干燥12h后，350℃预煅烧30min，将其研磨后在800℃继续煅烧3h，再次研磨得到钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3。
(3)将步骤(1)制得的石墨烯与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按20％：80％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3改性的催化剂。
实施例4：
(1)改进Hummers法制备氧化石墨烯：将干燥后的100mg氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中，超声1h。接着在80℃的温度下，加入适量水合肼搅拌2h，直到溶液变成黑色。用无水乙醇和去离子水过滤洗涤后，真空干燥12h后得到蓬松的石墨烯粉末。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3配制柠檬酸溶液，搅拌下将柠檬酸溶液缓慢加入到硝酸盐混溶液中，滴入氨水调节pH值值，然后将溶液在85℃水浴下旋转蒸发溶剂得到胶体，将其在120℃干燥12h后，350℃预煅烧30min，将其研磨后在800℃继续煅烧3h，再次研磨得到钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3。
(3)将步骤(1)制得的石墨烯与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按25％：75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3改性的催化剂。
采用CHI660E电化学工作站对以上实施例得到的催化剂进行测试，结果如下：
(1)阳极极化曲线中，添加石墨烯后，起峰电位有所下降，添加量10％、15％、20％、50％对应氧电极的起峰电位依次为0.494V、0.468V、0.506V和0.486V，即电极极化程度均有不同程度的降低，说明复合催化剂比La0.6Sr0.4CoO3催化剂具有更高的氧析出催化活性。但是添加过量石墨烯会导致氧析出催化性能降低。
(2)阴极极化曲线中，随着石墨烯添加量增加，对应的氧电极的阴极极化程度降低，当石墨烯的添加量为15％时，其电极的起峰电位最低，对应的电流密度最大，达到295.6mA.cm-2，说明催化剂的活性最高。
(3)整体来看，石墨烯的添加量为15％时，催化剂在氧还原和氧析出反应中均有较高性能。

Claims (1)

1.一种利用石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3进行改性的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)改进Hummers法制备氧化石墨烯，将干燥后的100mg氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中，超声1h，接着在80℃下，加入适量水合肼搅拌2h，直到溶液变成黑色，用无水乙醇和去离子水反复过滤洗涤后，真空干燥12h后得到蓬松的石墨烯粉末；
(2)采用溶胶-凝胶法制备钙钛矿型氧化物La0.6Sr0.4CoO3，将步骤(1)制备的石墨烯按10％～25％与钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按90％～75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，得到石墨烯对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3改性的催化剂。
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