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专利号: 2020110178010
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:S1、硫化石墨烯的合成:

在惰性气氛下,将氧化石墨烯和劳森试剂溶于有机溶剂中并加热搅拌,然后冷却,除去有机溶剂和劳森试剂,干燥,得到硫化石墨烯;

S2、烷基支链修饰的硫化石墨烯的合成:将硫化石墨烯溶解于第一溶剂中并超声处理,然后加入无机碱并搅拌反应,反应后加入烷基卤化物加热反应,反应后冷却,除去第一溶剂,洗涤,离心,干燥,得到烷基支链修饰的硫化石墨烯;

S3、金属卟啉的合成:

将卟啉化合物和金属盐溶解于第二溶剂中并加热回流反应,反应后冷却,除去第二溶剂,然后洗涤,离心,干燥,得到金属卟啉;

S4、功能化石墨烯ORR催化剂的合成:(1)将烷基支链修饰的硫化石墨烯和金属卟啉分散于第三溶剂中,然后加入碱液并加热回流反应,反应后冷却,除去第三溶剂,然后洗涤,离心,干燥,得到预产物;

(2)在惰性气氛下,将所得预产物升温煅烧,然后冷却,得到功能化石墨烯ORR催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,S1、硫化石墨烯的合成:在惰性气氛下,将氧化石墨烯和劳森试剂溶于有机溶剂中,然后在100‑

120℃下搅拌4‑6小时,搅拌后冷却至室温,然后倒去有机溶剂,再使用二氯甲烷、甲醇或甲苯中的任一种洗涤,洗涤后离心除去劳森试剂,接着干燥,即得到硫化石墨烯。

3.根据权利要求2所述的一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,S1、硫化石墨烯的合成:中所述有机溶剂为丙酮、四氢呋喃、甲苯中的任一种;所述氧化石墨烯与所述劳森试剂的质量比为1:(5‑20);所述氧化石墨烯与所述有机溶剂的质量体积比为3‑

6mg/mL。

4.根据权利要求1所述的一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,S2、烷基支链修饰的硫化石墨烯的合成:将硫化石墨烯溶解于第一溶剂中并超声处理10‑40分钟,然后加入无机碱在室温下搅拌反应1‑3小时,反应后加入烷基卤化物,在60‑100℃下搅拌反应8‑12小时,反应后冷却至室温,减压旋蒸除去第一溶剂,洗涤,离心,干燥,得到烷基支链修饰的硫化石墨烯。

5.根据权利要求4所述的一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,S2、烷基支链修饰的硫化石墨烯的合成:中所述第一溶剂为丙酮、四氢呋喃或甲苯中的任一种;所述无机碱为碳酸钠、碳酸钾、磷酸钾或氢氧化钾中的任一种;所述烷基卤化物为1‑溴辛烷、

1‑氯辛烷、1‑溴己烷、3‑溴己烷或1‑溴‑2,2‑二甲基丙烷中的任一种;所述洗涤用试剂为去离子水、甲醇或乙醇中的任一种;所述硫化石墨烯与所述第一溶剂的质量体积比为1‑3mg/mL;所述硫化石墨烯与所述无机碱的质量比为1:(5‑15);所述烷基卤化物与所述第一溶剂的体积比为(1‑3):(50‑100)。

6.根据权利要求1所述的一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,S3、金属卟啉的合成:中所述卟啉化合物为5,10,15,20‑四(4‑氨基苯基)卟啉、4‑(10,15,20‑三苯基卟啉‑5‑基)苯胺或5,15‑二(4‑苯基)‑10,20‑二苯胺基卟啉中的任一种;所述金属盐为六水合硝酸钴、六水合氯化钴、六水合氯化铁、四水醋酸铁或四水合氯化锰中的任一种;所述第二溶剂为丙酮、甲醇、甲苯或乙醚中的任一种;所述洗涤用试剂为二氯甲烷、甲醇或甲苯中的任一种;所述加热温度为80‑120℃,反应时间为4‑6小时;所述卟啉化合物与所述金属盐的质量比为(90‑120):(50‑80);所述金属盐与所述第二溶剂的质量体积比为1.25‑4mg/mL。

7.根据权利要求1所述的一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,S4、功能化石墨烯ORR催化剂的合成:步骤(1)中所述烷基支链修饰的硫化石墨烯与所述金属卟啉的质量比为1:(1‑1.5);所述第三溶剂为四氢呋喃、甲苯或N,N‑二甲基甲酰胺中的任一种;

所述碱液为氨水;所述烷基支链修饰的硫化石墨烯与所述第三溶剂的质量体积比为1‑2mg/mL;所述碱液与所述第三溶剂的体积比为(1‑1.5):(2.5‑3);所述加热温度为60‑100℃,反应时间为4‑5小时;所述洗涤用试剂为四氢呋喃、去离子水、甲醇或乙醇中的任一种。

8.根据权利要求1所述的一种功能化石墨烯ORR催化剂的制备方法,其特征在于,S4、功能化石墨烯ORR催化剂的合成:步骤(2)中所述升温的速率为3‑10℃/分钟,升温至600‑900℃,升温完成后保持2‑4小时。

9.一种功能化石墨烯ORR催化剂的应用,其特征在于,将权利要求1‑8任一项所述的制备方法制得的功能化石墨烯ORR催化剂用于金属‑空气电池和燃料电池中阴极氧还原反应。