CN111509235B - 硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法 - Google Patents

硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111509235B
CN111509235B CN202010355501.7A CN202010355501A CN111509235B CN 111509235 B CN111509235 B CN 111509235B CN 202010355501 A CN202010355501 A CN 202010355501A CN 111509235 B CN111509235 B CN 111509235B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
sulfur
graphite felt
doped graphene
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010355501.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111509235A (zh
Inventor
李强
孙红
王俊楠
白桉裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Jianzhu University
Original Assignee
Shenyang Jianzhu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Jianzhu University filed Critical Shenyang Jianzhu University
Priority to CN202010355501.7A priority Critical patent/CN111509235B/zh
Publication of CN111509235A publication Critical patent/CN111509235A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111509235B publication Critical patent/CN111509235B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8652—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites as mixture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法，制备步骤如下：s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置成1mg/ml‑5mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，加入硫脲和还原剂得到混合溶液并调节pH至pH＝7.8‑8.5，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在170℃‑220℃温度下加热10h‑14h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后洗涤并干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于有机分散剂中配置成1mg/ml‑5mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入悬浮液中浸泡20‑48h后干燥，将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内在700℃‑1100℃温度下热处理2h‑5h，即得。

Description

硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨毡复合电极及其制备方法，尤其涉及一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法。
背景技术
钒氧化还原液流电池(VRFB)具有寿命长、能量利用率高等优点，是一种很有发展前途的大型储能系统。电解液、电极和膜是VRFB的三个主要组成部分。膜分离侧电极上氧化还原反应的迟钝性在一定程度上限制了VRFB的发展。与V2+/V3+氧化还原反应相比，VO2+/VO2 +氧化还原反应特别缓慢。因此，需要具有高电催化性能的催化剂材料来提高VO2+/VO2 +氧化还原偶的电化学活性。化学掺杂被认为是通过调节电子态来打破碳层惰性和改变化学电子性质的一种有效途径。碳骨架中的杂原子取代掺杂可以调节碳材料的化学性质，产生新的活性中心，进一步提高碳材料的电催化活性，而且不同电负性的多元素共掺杂可以产生独特的电子分布。
Liu等人报道了B和N共掺杂的碳纳米纤维对VO2+/VO2 +氧化还原偶联具有优异的电化学活性，这比N或B单掺杂的碳纳米纤维要好。Flox等人用NH3/O2混合气体热化学处理改性聚丙烯腈基石墨毡。将含氮和含氧基团引入石墨毡表面，所引入的基团可以促进通过电解质/电极界面的电子转移，用于氧化和还原过程。但现有方法存在着成本高、掺杂含量低、催化性能不高、制备方法复杂等缺点，因此亟需开发可通过简单方法制备，性能优异的石墨毡复合电极。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种性能优异、制备方法简单、可实现大批量生产的复合石墨毡电极及其制备方法，该石墨毡电极能够提高阳极反应氧化还原电流、增强电化学可逆性并降低电荷传输阻抗，具备提升全钒液流电池性能的潜力。
本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法，制备方法步骤如下：
s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置成1mg/ml-5mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，搅拌过程分别加入硫脲和足量的还原剂，得到混合溶液，其中硫脲与氧化石墨烯的质量比为8:1-13:1，然后滴入酸碱调节剂调节混合溶液的pH至pH＝7.8-8.5，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；
s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在170℃-220℃温度下加热10h-14h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后依次用乙醇及去离子水洗涤并干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；
s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于有机分散剂中配置成1mg/ml-5mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中浸泡20h-48h后干燥，将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，700℃-1100℃温度下热处理2h-5h。
本发明的原理及有益效果是：
本发明首先将氧化石墨烯、硫脲和还原剂混合，调节pH后并搅拌获得均匀稳定的悬浮液后转移至反应釜中，在170-220℃温度下对反应釜进行加热，加热过程中氧化石墨烯通过与硫脲分解的产物反应完成S和N的掺杂和对石墨烯的部分还原，具体包括：硫脲经加热分解为高反应性的富含N/S元素的物质，如NH3、H2S等；H2S与氧化石墨烯中的含氧官能团反应,硫被氧化成更高的价态，并以共价键形式修饰到到石墨烯上生成-SO3H；NH3与氧化石墨烯中的氧官能团反应形成C-N键修饰到石墨烯上。在S和N的掺杂过程中，硫脲的分解产物NH3、H2S等与还原剂共同起到还原氧化石墨烯的作用，使得氧化石墨烯脱去含氧官能团，最终得到硫氮共掺杂还原氧化石墨烯(简称硫氮共掺杂石墨烯)。然后石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中使得硫氮共掺杂还原氧化石墨烯通过物理吸附修饰在石墨毡上。然后通过活化处理，获得性能优异的硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极。
其中，硫氮共掺杂石墨烯是本发明的关键，将氧化石墨烯、硫脲和还原剂混合后，调节pH，试验表明调节pH至7.8-8.5可以使得还原反应进行的更彻底，氧化石墨烯的还原效果最佳。然后申请人经过大量试验选择将氧化石墨烯、还原剂和硫脲放在密封的反应釜中进行该反应，反应的过程会产生气体，造成反应釜中呈高温高压的反应环境，高温高压下会加快分子热运动，有利于材料充分接触和反应，同时密封的反应釜也可以减少有效成分的挥发，有利于氧化石墨烯的还原反应和硫氮元素的掺杂。总之，本发明通过一次性反应实现了NS元素的掺杂和氧化石墨烯的还原，不仅极大的节约了成本和时间，而且两种反应同时进行获得的实验结果远远优于单独进行的效果，以上结论是申请人经过大量试验发现，还无法从反应微观层面具体解释原因。
另外，本发明在完成硫氮共掺杂还原氧化石墨烯对石墨毡的修饰后，通过700℃-1100℃的活化处理一方面提高了石墨毡的碳化程度，有利于提高石墨毡电极的电导率，从而改善全钒液流电池氧化还原反应中的电子传递特性，使得电极表面的电化学反应进程加快，另一方面，经实验验证，700℃-1100℃的活化处理既可以使得硫氮掺杂还原氧化石墨烯更好地固定在石墨毡上，又可以促进杂原子进入材料中，使得硫氮掺杂更均匀，掺杂效果更好。
综上，本发明用硫脲为掺杂源掺杂硫氮，用还原剂还原氧化石墨烯，以更加环保的多元掺杂为特点，制备了氮和硫共掺杂的还原氧化石墨烯，并将其修饰在石墨毡电极表面用于提高全钒液流电池石墨毡电极的性能，获得了性能优异的石墨毡复合电极。硫氮共掺杂还原氧化石墨烯修饰的石墨毡复合电极相比于现有的石墨毡电极不仅具有更大的表面积，为电化学反应提供了更多的活性位点，而且氮元素和硫元素对钒离子更具吸引力，氮元素和硫元素的引入可大大提高石墨毡电极的功率密度，有利于电极在电化学反应中的传质速率。总之，将硫氮共掺杂还原氧化石墨烯修饰于石墨毡电极增强了石墨毡电极的电化学活性和可逆性，降低了电荷转移电阻，使得电极拥有更高更稳定的电化学活性和可逆性，为提高全钒液流电池石墨毡电极性能提供一种简单可行的处理方法，从而提升全钒液流电池的整体性能，促进全钒液流电池在储能领域的推广应用。
扫描电镜、循环伏安等表征结果也证明了本发明制备的石墨毡复合电极拥有更高更稳定的电化学活性，电极性能显著提高。且本发明整个制备过程中没有复杂处理过程，制备时间短，过程简单，成本低，效率高，所需能源消耗少，可实现大批量生产，促进了全钒液流电池在储能领域的推广应用。本发明制备的石墨毡复合电极解决了现有技术制备方法复杂、掺杂含量低、催化性能不高等缺点，充分说明本研究电极有望在商业化道路上具有更广阔的前景。
进一步，本发明所述步骤s1中将氧化石墨烯加入去离子水中配置成2mg/ml的溶液。
浓度过低会导致石墨毡吸附的材料太少，不能起到良好的电催化作用，且电极耐循环性差。浓度过高，吸附的材料可能堵住石墨毡孔结构阻碍钒离子的氧化还原反应，经实验验证，2mg/ml溶液浓度所取得的技术效果最好
进一步，本发明所述步骤s1中的还原剂为L-抗坏血酸，加入的还原剂与氧化石墨烯的质量比为5:1-10:1。
L-抗坏血酸对环境友好，还原效果好，上述还原剂与氧化石墨烯的比例即可以保证氧化石墨烯的充分还原，又不会造成还原剂的浪费。
进一步，本发明所述步骤s1中硫脲与氧化石墨烯的质量比为10:1。
实验验证，可以保证提供足够的硫氮元素完成掺杂，又不会造成过多的浪费。
进一步，本发明所述s1中的酸碱调节剂包括氨水和Tris溶液中的一种或多种。
进一步，本发明所述步骤s2中将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在180℃温度下加热12h。
实验验证，180℃的加热温度和12h的加热时间一方面可以保证硫脲充分分解，更好的完成掺杂，另一方面能使还原反应进行的更彻底，最大程度的去除含氧官能团。
进一步，本发明所述步骤s3中的有机分散剂为N,N-二甲基甲酰胺。
硫氮共掺杂石墨烯在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中具有极好的分散性，其充分分散有利于硫氮共掺杂石墨烯在石墨毡表面的均匀修饰。
进一步，本发明所述步骤s3中的有机分散剂为N,N-二甲基甲酰胺，将硫氮共掺杂石墨烯溶于有机分散剂中配置成2mg/ml的溶液。
硫氮共掺杂石墨烯在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中具有极好的分散性，其充分分散有利于硫氮共掺杂石墨烯在石墨毡表面的均匀修饰。配置的浓度过低会导致石墨毡吸附的材料太少，不能起到良好的电催化作用，且电极耐循环性差。浓度过高，吸附的材料可能堵住石墨毡孔结构阻碍钒离子的氧化还原反应。实验验证，2mg/ml的硫氮共掺杂石墨烯浓度修饰得到的石墨毡复合电极具有更高更稳定的电化学活性和可逆性。
进一步，本发明所述步骤s3中活化处理的具体操作是在氮气氛围中，900℃温度下热处理4h。
实验验证，900℃温度下热处理4h能够最大程度的提高硫脲掺杂的还原氧化石墨烯修饰石墨毡电极的性能，既不会破坏硫元素与氮元素的吸附，而且也不会因为过高温度使硫元素和氮元素分解的太多，能够最大程度的保证电催化活性，从而提高电极的性能，进而提高全钒液流电池的性能。
附图说明
图1为本发明原始石墨毡电极和实施例一制备的石墨毡复合电极的扫描电镜图。
图1中，(a)为原始石墨毡电极的扫描电镜图，(b)为实施例一制备的硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的扫描电镜图。
图2为本发明原始石墨毡电极、对比例制备的石墨毡复合电极和实施例一、二、三制备的石墨毡复合电极的循环伏安特性曲线图。
具体实施方式
对比例一
将氧化石墨烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中配置成2mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的氧化石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入氧化石墨烯悬浮液中浸泡24h后干燥；将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，900℃温度下热处理4h。
对比例二
一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法，制备方法步骤如下：
s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置2mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，搅拌过程分别加入硫脲和L-抗坏血酸，得到混合溶液，其中硫脲与氧化石墨烯的质量比为10:1，L-抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为5:1，然后滴入氨水调节混合溶液的pH至pH＝8，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；
s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在180℃温度下加热12h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后依次用乙醇及去离子水洗涤并冷冻干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；
s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中配置成2mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中浸泡24h后干燥；将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，500℃温度下热处理4h。
实施例一
一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法，制备方法步骤如下：
s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置2mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，搅拌过程分别加入硫脲和L-抗坏血酸，得到混合溶液，其中硫脲与氧化石墨烯的质量比为10:1，L-抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为5:1，然后滴入氨水调节混合溶液的pH至pH＝8，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；
s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在180℃温度下加热12h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后依次用乙醇及去离子水洗涤并冷冻干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；
s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中配置成2mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中浸泡24h后干燥；将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，900℃温度下热处理4h，图1中(b)为本实施例制备的硫氮共掺杂石墨烯修饰石墨毡复合电极的扫描电镜图。图1中，(a)为原始石墨毡电极的扫描电镜图，
由图1可以看出，原始石墨毡电极表面光滑；本实施例制备的石墨毡电极表面粗糙，即本实施例制备的石墨毡表面有修饰物。然后通过扫描EDS对本实施例制备的石墨毡电极进行元素映射，结果显示本实施例制备的石墨毡电极含有大量的碳、氧、氮和硫，EDS图谱也验证了石墨毡电极中氮、硫元素的均匀分布。综上表征结果表明，本实施例成功地将硫氮共掺杂石墨烯均匀修饰于石墨毡电极表面。
实施例二
一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法，制备方法步骤如下：
s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置成2mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，搅拌过程分别加入硫脲和L-抗坏血酸，得到混合溶液，其中硫脲与氧化石墨烯的质量比为10:1，L-抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为5:1，然后滴入氨水调节混合溶液的pH至pH＝8，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；
s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在180℃温度下加热12h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后依次用乙醇及去离子水洗涤并冷冻干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；
s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中配置成2mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中浸泡24h后干燥；将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，700℃温度下热处理4h。
图2为本发明原始石墨毡电极、对比例一、对比例二、实施例一、实施例二制备的石墨毡复合电极的循环伏安特性曲线图。其中，Pristine GF曲线表示原始石墨毡电极的循环曲线；曲线rGO/900GF表示对比例一制备的石墨毡复合电极的循环伏安曲线，rGO/900GF表示石墨烯修饰，900℃活化获得的石墨毡复合电极；曲线rGO-NS/500GF表示对比例二制备的石墨毡复合电极的循环伏安曲线，rGO-NS/500GF表示硫氮共掺杂石墨烯修饰，500℃活化获得的石墨毡复合电极。曲线rGO-NS/900GF表示实施例一制备的石墨毡复合电极的循环伏安曲线，rGO-NS/900GF表示硫氮共掺杂石墨烯修饰，900℃活化获得的石墨毡复合电极；曲线rGO-NS/700GF表示实施例二制备的石墨毡复合电极的循环伏安曲线，rGO-NS/700GF表示硫氮共掺杂石墨烯修饰，700℃活化获得的石墨毡复合电极；从图中可以看出，700℃和900℃活化处理后的硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极循环伏安曲线显示出明显的峰位偏移，导致较低的峰分离，表示700℃和900℃活化处理后的硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的催化活性明显高于原始石墨毡电极、石墨烯修饰的复合电极和500℃活化处理后的硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极，rGO-NS/900GF具有最佳的可逆性，优异的可逆性有利于电池的可靠稳定循环。
实施例三
一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法，制备方法步骤如下：
s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置成1mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，搅拌过程分别加入硫脲和L-抗坏血酸，得到混合溶液，其中硫脲与氧化石墨烯的质量比为8:1，L-抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为7:1，然后滴入氨水调节混合溶液的pH至pH＝7.8，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；
s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在170℃温度下加热14h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后依次用乙醇及去离子水洗涤并冷冻干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；
s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中配置成1mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中浸泡48h后干燥；将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，800℃温度下热处理5h。
实施例四
一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法，制备方法步骤如下：
s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置成5mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，搅拌过程分别加入硫脲和L-抗坏血酸，得到混合溶液，其中硫脲与氧化石墨烯的质量比为13:1，L-抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为10:1，然后滴入氨水调节混合溶液的pH至pH＝8.5，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；
s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在220℃温度下加热10h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后依次用乙醇及去离子水洗涤并冷冻干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；
s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于N,N-二甲基甲酰胺中配置成5mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中浸泡20h后干燥；将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，1100℃温度下热处理2h。

Claims (10)

1.一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其步骤如下：
s1、将氧化石墨烯加入去离子水中配置成1mg/ml-5mg/ml的溶液，超声振荡分散后进行磁力搅拌，搅拌过程分别加入硫脲和足量的还原剂，得到混合溶液，其中硫脲与氧化石墨烯的质量比为8:1-13:1，然后滴入酸碱调节剂调节混合溶液的pH至pH＝7.8-8.5，继续搅拌得到均匀稳定的悬浮液；
s2、将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在170℃-220℃温度下加热10h-14h，待自然冷却后取出，对反应釜内悬浮液进行真空抽滤后依次用乙醇及去离子水洗涤并干燥，即得到硫氮共掺杂石墨烯；
s3、将硫氮共掺杂石墨烯溶于有机分散剂中配置成1mg/ml-5mg/ml的溶液，经超声振荡和磁力搅拌获得均匀稳定的硫氮共掺杂石墨烯悬浮液，然后将洗净的石墨毡电极放入硫氮共掺杂石墨烯悬浮液中浸泡20h-48h后干燥，将干燥后的石墨毡电极置于管式炉内进行活化处理，即得；所述活化处理的具体操作是在氮气氛围中，700℃-1100℃温度下热处理2h-5h。
2.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中将氧化石墨烯加入去离子水中配置成2mg/ml的溶液。
3.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的还原剂为L-抗坏血酸，加入的还原剂与氧化石墨烯的质量比为5:1-10:1。
4.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中硫脲与氧化石墨烯的质量比为10:1。
5.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的酸碱调节剂包括氨水和Tris溶液中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中将悬浮液转移至反应釜中，密封后放入恒温干燥箱内，在180℃温度下加热12h。
7.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中的有机分散剂为N,N-二甲基甲酰胺。
8.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中的有机分散剂为N,N-二甲基甲酰胺，将硫氮共掺杂石墨烯溶于有机分散剂中配置成2mg/ml的溶液。
9.根据权利要求1所述的一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中活化处理的具体操作是在氮气氛围中，900℃温度下热处理4h。
10.一种硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极，其特征在于：所述石墨毡复合电极采用权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备而成。
CN202010355501.7A 2020-04-29 2020-04-29 硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法 Active CN111509235B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010355501.7A CN111509235B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010355501.7A CN111509235B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111509235A CN111509235A (zh) 2020-08-07
CN111509235B true CN111509235B (zh) 2021-11-12

Family

ID=71864905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010355501.7A Active CN111509235B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111509235B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112174127A (zh) * 2020-09-29 2021-01-05 江苏福瑞士电池科技有限公司 一种氮硫双掺杂石墨烯/石墨复合材料、制备方法及应用
CN113398967B (zh) * 2021-05-21 2023-07-25 北京化工大学 一种硫氮双掺杂氧改性碳布材料的制备方法
CN113957478B (zh) * 2021-11-11 2023-09-22 山西大学 富含边缘缺陷的硫、氮共掺杂石墨烯及其制备方法和应用
CN114725343B (zh) * 2022-04-19 2023-08-29 西安航空学院 氮、硫共掺杂生物碳/SnO2/SnS/S复合材料、制备方法与应用
CN116154197B (zh) * 2023-04-24 2023-08-11 西子清洁能源装备制造股份有限公司 一种生物质改性全钒液流电池电极及其制备方法和应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103413949A (zh) * 2013-08-26 2013-11-27 中国东方电气集团有限公司 复合多孔电极、其制备方法及包括其的液流电池
CN104577141A (zh) * 2014-11-19 2015-04-29 湖北大学 一种硫掺杂石墨烯修饰电极及其制备方法和应用
CN105529473A (zh) * 2015-12-15 2016-04-27 中国科学院化学研究所 储能液流电池用氧化石墨烯修饰的电极材料
CN106000439A (zh) * 2016-06-03 2016-10-12 常州大学 一种硫、氮共掺杂三维石墨烯/硫化锰复合材料的制备及其应用于氧的电催化还原
CN106082184A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 深圳先进技术研究院 一种氮硫共掺杂石墨烯及其制备方法与应用
CN108539203A (zh) * 2017-03-03 2018-09-14 湖南省银峰新能源有限公司 超亲水材料（氧化石墨烯/植酸）用于修饰储能液流电池的电极材料
CN108598498A (zh) * 2018-05-08 2018-09-28 沈阳建筑大学 氮掺杂还原氧化石墨烯修饰的石墨毡电极及其制备方法
CN108878900A (zh) * 2018-06-20 2018-11-23 湖南国昶能源科技有限公司 一种氮掺杂石墨烯改性碳毡的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109216710A (zh) * 2017-06-29 2019-01-15 中国科学院金属研究所 一种高比表面碳纤维毡的种树效应构建方法及其应用
CN110197905B (zh) * 2018-02-27 2021-03-30 湖南省银峰新能源有限公司 一种改性碳素材料及由其制备的类石墨烯纳米片修饰的液流电池电极
CN110639882A (zh) * 2019-09-19 2020-01-03 大同新成新材料股份有限公司 一种氮掺杂石墨烯改性碳毡的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103413949A (zh) * 2013-08-26 2013-11-27 中国东方电气集团有限公司 复合多孔电极、其制备方法及包括其的液流电池
CN104577141A (zh) * 2014-11-19 2015-04-29 湖北大学 一种硫掺杂石墨烯修饰电极及其制备方法和应用
CN105529473A (zh) * 2015-12-15 2016-04-27 中国科学院化学研究所 储能液流电池用氧化石墨烯修饰的电极材料
CN106000439A (zh) * 2016-06-03 2016-10-12 常州大学 一种硫、氮共掺杂三维石墨烯/硫化锰复合材料的制备及其应用于氧的电催化还原
CN106082184A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 深圳先进技术研究院 一种氮硫共掺杂石墨烯及其制备方法与应用
CN108539203A (zh) * 2017-03-03 2018-09-14 湖南省银峰新能源有限公司 超亲水材料（氧化石墨烯/植酸）用于修饰储能液流电池的电极材料
CN108598498A (zh) * 2018-05-08 2018-09-28 沈阳建筑大学 氮掺杂还原氧化石墨烯修饰的石墨毡电极及其制备方法
CN108878900A (zh) * 2018-06-20 2018-11-23 湖南国昶能源科技有限公司 一种氮掺杂石墨烯改性碳毡的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Enhancement of nitrogen and sulfur co-doping on the electrocatalytic properties of carbon nanotubes for VO2+/VO2 (+) redox reaction;Li Chuanchang等;《RSC Advances》;20170224;第7卷(第22期);第13184-13190页 *
硫氮共掺杂石墨烯修饰电极的制备及电化学性能研究;齐亚娥 等;《化工新型材料》;20200315;第48卷(第3期);第129-133页 *
硫氮共掺杂石墨烯的制备及其电化学性能;李子庆 等;《化工进展》;20180705;第37卷(第7期);摘要、第2713页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111509235A (zh) 2020-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111509235B (zh) 硫氮共掺杂石墨烯修饰的石墨毡复合电极及其制备方法
CN110911697B (zh) 一种过渡金属/氮掺杂多孔碳纳米球电催化剂及制备方法
CN109336106B (zh) 一种豆渣基氮硼共掺杂多孔碳材料的制备方法
CN106784877B (zh) 一种微生物燃料电池阴极复合材料的制备方法与微生物燃料电池反应器
CN111354952B (zh) 一种石墨毡复合电极及其制备方法
CN108470890A (zh) 一种氮硫共掺杂三维石墨烯的制备方法、其制备的产品及该产品的应用
CN108539203B (zh) 储能液流电池用超亲水材料修饰的电极材料
CN106219515A (zh) 具有特殊交联空球状氮掺杂碳材料的合成方法
CN108091892A (zh) 一种Fe/Co/N/MWCNTs催化剂
CN107170994A (zh) 一种Fe‑N掺杂多孔碳氧还原催化剂
CN104979568A (zh) 一种燃料电池阴极催化剂及其制备方法
CN109346735A (zh) 多孔聚合物衍生的碳纳米球氧还原催化剂及其制备与应用
CN112160156A (zh) 一种全钒电池改性碳毡电极材料的制备方法
CN112968184A (zh) 一种三明治结构的电催化剂及其制备方法和应用
CN106025296A (zh) 氮磷双掺杂的碳材料及其制备方法和应用
CN111628188B (zh) 一种硼掺杂气凝胶构建的全钒液流电池用电极材料及其制备方法和用途
CN104637701A (zh) 一种石墨烯基五氧化二钒纳米线超级电容电极材料的制备方法
CN117174923B (zh) 一种增强固液界面交互的石墨毡及其制备方法
CN117558889A (zh) 一种低成本复合锂离子电池负极材料、制备方法及其应用
CN109727783B (zh) 一种炭纸负载的碳空心球复合材料、制备方法及其应用
CN116845254A (zh) 碳纳米管/共价有机骨架化合物耦合聚苯胺导电聚合物的氧还原催化剂及其制备方法和应用
CN104716349B (zh) 一种全钒液流电池用高活性电极材料的制备方法
CN111613802B (zh) 一种改性碳刷电极及其制备方法
CN111533110B (zh) 一种氮、硫、磷共掺杂多孔碳纳米管的制备方法
CN110620244A (zh) 一种葡萄糖水热碳和氮共掺杂石墨毡电极及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant