石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑及其製備方法

2023-10-26 01:04:27 2

專利名稱：石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑及其製備方法
技術領域：
本發明屬於電化學催化技術領域，具體涉及一種石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑及其製備方法。
背景技術：
電催化一詞最早是在1936年由Kobozer提出來的。電催化是通過電極材料選擇性地改進電化學反應的總速率，使之得到最高的產品收率和節省總能耗的一門科學。其意義在於能提供有較低能量的活化途徑，使電極反應在較低的過電位下以較高的電流密度進行。二氧化錫(SnO2)是一種寬禁帶η型金屬氧化物半導體材料。SnA屬於四方晶系正方形晶體，晶體呈雙錐狀、錐柱狀，有時呈針狀，為金紅石結構，其晶格常數為a = b = 0. 4738nm, c = 0. 3187nu。純二氧化錫的理論密度為6. 95g/cm3，在常溫下表現為絕緣狀態， 電阻率很高，電學、光學和氣敏性能等難以滿足使用要求。對二氧化錫進行摻雜後，隨著摻雜元素進入二氧化錫晶格中，其性質有顯著變化，具有高導電率、高透射率以及較好的氣敏性等，因此摻雜二氧化錫已經廣泛應用到催化、塗料以及電極材料等諸多領域。目前國內外的研究主要集中於摻雜Sb、CU、Fe、Mn等金屬元素以及Ce等稀土元素修飾二氧化錫用於電催化，存在著成本高，容易造成二次汙染的風險，而無機非金屬元素摻雜相比之下具有更廣闊的發展前景，特別是石墨烯修飾的二氧化錫用於電催化劑，國內外均無相關的研究報導。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種性質穩定、 電催化效率高的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑，還提供了該催化劑的製備方法。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑，其特徵在於，該催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為 0. 1 2. 5 1000。本發明還提供了該電催化劑的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向20mL IOOmL質量濃度為5% 40%的四氯化錫溶液中加入0. 5mg 15mg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散20min 30min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按20滴/min 30滴/min的速度逐滴加入濃度為 0. 3mol/L 5mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟(1)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化IOh 18h， 然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為30°C 60°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為400°C 600°C的條件下焙燒池 4h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。上述步驟(1)中所述四氯化錫溶液的質量濃度為20%。
上述步驟(1)中所述氨水的濃度為0. 4mol/L。上述步驟O)中所述焙燒時間為池。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑性質穩定，電催化效率高，可重複利用。2、本發明的製備方法簡單，製造成本低，易於推廣應用。3、本發明在石墨烯的修飾過程中未使用強氧化劑和還原劑，最大程度的保護了石墨烯的優良特性，使製備的電催化劑的催化效率得到最大的提高，對環境無毒無害，不會對環境造成二次汙染。下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1本實施例的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為0. 1 1000。其製備方法為(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向IOOmL質量濃度為40%的四氯化錫溶液中加0. 5mg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散20min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按20滴/min的速度逐滴加入濃度為2. 5mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟(1)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化10h，然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為45°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為400°C的條件下焙燒4h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。實施例2本實施例的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為1 1000。其製備方法為(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向50mL質量濃度為20%的四氯化錫溶液中加 1. 2mg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散30min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按30滴/min的速度逐滴加入濃度為0. 4mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟(1)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化18h，然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為30°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為550°C的條件下焙燒2h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。實施例3本實施例的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為2. 5 1000。
其製備方法為(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向20mL質量濃度為10%的四氯化錫溶液中加 2. 2mg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散25min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按25滴/min的速度逐滴加入濃度為0. 3mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟(1)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化14h，然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為60°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為600°C的條件下焙燒3h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。實施例4本實施例的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為1.2 1000。其製備方法為(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向IOOmL質量濃度為5%的四氯化錫溶液中加 5. Omg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散20min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按20滴/min的速度逐滴加入濃度為0. 3mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟(1)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化12h，然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為50°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為600°C的條件下焙燒2h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。實施例5本實施例的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為2. 5 1000。其製備方法為(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向50mL質量濃度為40%的四氯化錫溶液中加 15mg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散20min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按30滴/min的速度逐滴加入濃度為3mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟(1)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化15h，然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為40°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為500°C的條件下焙燒2h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。實施例6本實施例的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為1 1000。其製備方法為(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向50mL質量濃度為20%的四氯化錫溶液中加 IOmg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散30min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按30滴/min的速度逐滴加入濃度為5mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟(1)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化12h，然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為40°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為550°C的條件下焙燒2h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。實施例7石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑的電解效果試驗以惰性金屬鈦做為工作電極，對濃度為50mg/L的曙紅溶液進行降解處理，將Ig實施例1-6製備的電催化劑分別置於20mL濃度為50mg/L的曙紅溶液中，在16. OV電壓條件下，降解Ih後測定曙紅的降解率，結果如下表。表1實施例1-6製備的電催化劑對曙紅溶液的降解率
實施例123456降解率(％)76. 3988. 9579. 0472. 3162. 5560. 41從表1可知，本發明實施例1-6中製備的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑對濃度為50mg/L的曙紅溶液的降解率均達到60%以上，而採用未經石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑對濃度為50mg/L的曙紅溶液的降解率僅為44. 5%。由此可見，本發明製備的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑的電催化效率較高。實施例8石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑的穩定性試驗以惰性金屬鈦做為工作電極，將Ig實施例2製備的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑置於200mL濃度為50mg/L的苯酚溶液中，在10. 05V電壓條件下，降解Ih後，將溶液離心分離，將分離後的固體烘乾後，用蒸餾水洗滌、浸漬，重複洗滌、烘乾三次後，在相同條件下進行電催化降解試驗。連續重複五次，測得苯酚降解率依次為58. 62%,56. 94%,56. 03%, 55. 12%、54.98%。由此可見，本發明製備的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑穩定性較高， 可重複使用。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑，其特徵在於，該催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為0.1 2. 5 1000。
2.一種製備如權利要求1所述石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑的方法，其特徵在於， 該方法包括以下步驟(1)石墨烯-四氯化錫溶膠的製備向20mL IOOmL質量濃度為5% 40%的四氯化錫溶液中加入0. 5mg 15mg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散20min 30min後，用恆溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按20滴/min 30滴/min的速度逐滴加入濃度為 0. 3mol/L 5mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；(2)催化劑的製備將步驟⑴中所述石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化IOh 18h，然後陳化後的石墨烯-四氯化錫溶膠在溫度為30°C 60°C的條件下烘乾，再將烘乾後的石墨烯-四氯化錫溶膠置於馬弗爐中，在溫度為400°C 600°C的條件下焙燒池 4h，隨爐冷卻至室溫後放入研缽中研磨，過100目篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。
3.根據權利要求2所述的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑的製備方法，其特徵在於， 步驟(1)中所述四氯化錫溶液的質量濃度為20%。
4.根據權利要求2所述的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑的製備方法，其特徵在於， 步驟(1)中所述氨水的濃度為0.4mol/L。
5.根據權利要求2所述的石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑的製備方法，其特徵在於， 步驟O)中所述焙燒時間為池。
全文摘要
本發明公開了一種石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑及其製備方法，該催化劑由石墨烯和二氧化錫組成；所述石墨烯和二氧化錫的質量比為0.1～2.5∶1000。其製備方法為製備石墨烯-四氯化錫溶膠，然後將石墨烯-四氯化錫溶膠靜置陳化後烘乾，焙燒，研磨，過篩，即得到石墨烯修飾的二氧化錫電催化劑。本發明的製備方法簡單，製造成本低，易於推廣應用，最大程度的保護了石墨烯的優良特性，使電催化劑的催化效率得到最大的提高，製備的電催化劑性質穩定，電催化效率高，可重複使用。
文檔編號A62D3/115GK102205239SQ20111008403
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月3日 優先權日2011年4月3日
發明者吳瑩, 周敏, 朱濤, 李思靜, 楊勝科, 王文科, 費曉華, 趙鉞, 陳靜 申請人:長安大學