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多孔道石墨纸的制备方法专利

专利号:201711385674.8

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专利名称:多孔道石墨纸的制备方法

技术领域:石墨纸

IPC主分类号:B01J23/34

申请号:CN201711385674.8

公开日:2018-07-13

说明书

一种多孔道石墨纸的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电极材料制备技术领域,具体涉及一种多孔石墨纸的制备方法。

背景技术

[0002] 一般来说,基底的作用主要是促进电子的传递,并提供循环过程中的稳定支撑。大多数商业导电基底不具备电催化活性,因此电极的催化活性由负载的活性物质贡献,造成了电极的质量利用率偏低。可以预见,如果导电基底也具有电催化活性,则基于该活性基底所构造的电极其电极表面利用率将会提高,进而增强其电催化性能。石墨纸(graphite paper,GP)是一种由石墨粉末压制而成的柔韧性良好的薄片材料,价格低廉。关于石墨纸作为电催化剂或电催化基底的研究还未见报道。制备多孔结构的纳米材料可有效地改善材料电催化性能,因为这样的结构拥有更大的活性面积,扩大了与反应物的接触的面积。
[0003] 在本方法中,通过加热氧化过程,石墨纸表面生成了大量的纳米孔。纳米孔可以稳定存在。通过酸洗办法使表面氧化物除去后,表面纳米孔可以完全暴露出来。表面存在大量的孔道结构的基底将使得材料的活性面积大大增加,增大材料与电解液的接触面积。
[0004] 目前,还没有利用加热法以KMnO4直接氧化石墨纸,获得多孔道石墨纸的相关报道。
[0005] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

[0006] 本发明提供一种多孔石墨纸的制备方法,用加热的方法使高锰酸钾氧化石墨纸,使其表面出现多孔结构,表面积增大,该方法工艺简单,条件温和,成本低。
[0007] 为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
[0008] 一种多孔石墨纸的制备方法,包括以下步骤:
[0009] (1)将石墨纸裁成长方形,经过丙酮、去离子水清洗干净,放置在60℃烘箱内烘干至少6h,得到烘干后的石墨纸,将其放聚四氟乙烯瓶中;
[0010] (2)配置KMnO4溶液;
[0011] (3)取20mL的KMnO4溶液,将其加入至步骤(1)中的放有石墨纸的聚四氟乙烯瓶中,然后再将该瓶放入不锈钢水热釜中,密封,反应;
[0012] (4)待反应结束后,让反应釜自然冷却到室温,将反应后的石墨纸经去离子水洗涤4-5次,在60℃烘箱内干燥,得到MnOx/GP电极;
[0013] (5)将步骤(4)得到的MnOx/GP电极置于HCL溶液中静置30min,直至石墨纸表面的锰氧化物溶解完全,再用去离子水冲洗石墨纸4-5次,将其放置于60℃烘箱内烘干至少6h,得到多孔石墨纸电极。
[0014] 作为优选,步骤(1)中所述的长方形的面积不小于1cm2。
[0015] 作为优选,步骤(2)中KMnO4溶液的浓度为0.01-2mol L-1。
[0016] 作为优选,步骤(3)中反应的温度为120-160℃;反应的时间为4-16h。
[0017] 作为优选,步骤(4)中干燥的时间为0.1-12h。
[0018] 作为优选,步骤(5)中HCL溶液的浓度为3-10mol·L-1。
[0019] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0020] (1)本发明直接利用KMnO4氧化石墨纸,用酸把表面附着的氧化物洗掉后,使得石墨纸表面出现了很多的小孔,使其表面积增大,使用这种多孔道石墨纸作为基底可以提升电极的电催化性能。
[0021] (2)本发明的方法工艺简单,条件温和,成本低。

附图说明

[0022] 图1为空石墨纸的电镜图;
[0023] 图2为实施例1中方法制备得到多孔石墨纸的电镜图;
[0024] 图3为实施例2中方法制备得到多孔石墨纸的电镜图;
[0025] 图4为实施例2中方法制备得到多孔与空石墨纸的的LSV曲线。

具体实施方式

[0026] 下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0027] 实施例1:
[0028] 一种多孔石墨纸的制备方法,包括以下步骤:
[0029] (1)在室温下,将石墨纸裁剪为1×2.3cm2规格的长方形,经过丙酮、去离子水清洗干净,放置在60℃烘箱内至少6h;将干燥后的石墨纸放置到25mL聚四氟乙烯内胆中;
[0030] (2)称取适量的KMnO4并搅拌溶解于去离子水中,定溶于100mL容量瓶中,配置成浓度为0.05mol L-1的溶液;
[0031] (3)量取20mL准备好的KMnO4溶液加入已放置石墨纸的不锈钢水热釜密封,在120℃下反应6h;
[0032] (4)反应结束后,让反应釜自然冷却到室温,将反应后的石墨纸经去离子水洗涤4-5次,在60℃烘箱内干燥6h,得到MnOx/GP电极;
[0033] (5)在室温下,将上述得到的MnOx/GP电极置于3mol·L-1HCl溶液中,静置30min,直至石墨纸表面的锰氧化物溶解完全,用去离子水清洗石墨纸4-5次,后放置在60℃烘箱内至少6h,最终得到多孔石墨纸电极。
[0034] 实施例2:
[0035] 一种多孔石墨纸的制备方法,包括以下步骤:
[0036] (1)在室温下,将石墨纸裁剪为1×2.3cm2规格的长方形,经过丙酮、去离子水清洗干净,放置在60℃烘箱内至少6h,将干燥后的石墨纸放置到25mL聚四氟乙烯内胆中;
[0037] (2)称取适量的KMnO4并搅拌溶解于去离子水中,定溶于100mL容量瓶中,配置成浓-1度为0.05mol L 的溶液;
[0038] (3)量取20mL准备好的KMnO4溶液加入已放置石墨纸的不锈钢水热釜密封,在160℃下反应6h;
[0039] (4)反应结束后,让反应釜自然冷却到室温,将反应后的石墨纸经去离子水洗涤4-5次,在60℃烘箱内干燥6h,得到MnOx/GP电极;
[0040] (5)在室温下,将上述得到的MnOx/GP电极置于3mol·L-1HCl溶液中,静置30min,直至石墨纸表面的锰氧化物溶解完全,用去离子水清洗石墨纸4-5次,后放置在60℃烘箱内至少6h,最终得到多孔石墨纸电极。
[0041] 实施例3:
[0042] 一种多孔石墨纸的制备方法,包括以下步骤:
[0043] (1)在室温下,将石墨纸裁剪为1×2.3cm2规格的长方形,经过丙酮、去离子水清洗干净,放置在60℃烘箱内至少6h,将干燥后的石墨纸放置到25mL聚四氟乙烯内胆中;
[0044] (2)称取适量的KMnO4并搅拌溶解于去离子水中,定溶于100mL容量瓶中,配置成浓度为0.05mol L-1的溶液;
[0045] (3)量取20mL准备好的KMnO4溶液加入已放置石墨纸的不锈钢水热釜密封,在140℃下反应6h;
[0046] (4)反应结束后,让反应釜自然冷却到室温,将反应后的石墨纸经去离子水洗涤4-5次,在60℃烘箱内干燥6h,得到MnOx/GP电极;
[0047] (5)在室温下,将上述得到的MnOx/GP电极置于3mol·L-1HCl溶液中,静置30min,直至石墨纸表面的锰氧化物溶解完全,用去离子水清洗石墨纸4-5次,后放置在60℃烘箱内至少6h,最终得到多孔石墨纸电极。
[0048] 采用CHI 660D电化学工作站对实施例1-3中得到的多孔石墨纸电极进行所有的电化学性能测试。在恒温30℃下,采用三电极体系,使用AgCl/Ag电极(内充3.5mol·L-1饱和KCl溶液)作为参比电极,铂片电极作为辅助电极,石墨纸电极作为工作电极,根据工作电极的性质选择合适的电解质,本实例选用的电解质为碱性KOH溶液(1mol·L-1)。在测试开始前向电解池中持续通入高纯氧30分钟,使电解液达到氧饱和。
[0049] 由图4可知,经氧化后得到的多孔石墨纸电极电催化活性明显得到提高,其η10值由原来的493mV降低至466mV,说明本发明的方法得到的多孔石墨纸电极的电催化性能更好。
[0050] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

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