[发明专利]一种石墨烯负载Co-N-C超分子杂合气凝胶复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种石墨烯负载Co‑N‑C超分子杂合气凝胶复合材料，为三维多孔网络状结构，所述复合材料以石墨烯为基底，在石墨烯基底上负载有Co‑N‑C活性催化中心，所述Co‑N‑C活性催化中心由吡啶‑色氨酸凝胶因子、钴离子和石墨烯基底通过非共价作用组装形成。该复合材料对氧气还原反应的催化作用显著，稳定性好、电学性能好、抗甲醇毒性好。其电流密度可达到4mA/cm²，氧还原起始电位‑0.07V左右，峰电位约‑0.175V，催化效果可与商业铂碳媲美。本发明还公开了该复合材料的制备方法，其以吡啶‑色氨酸凝胶因子、可溶性钴盐和石墨烯为原料，经水热反应、真空冷冻干燥和碳化处理得到，制备方法简单、生产成本低。

主权项

1.一种石墨烯负载Co‑N‑C超分子杂合气凝胶复合材料的制备方法，所述复合材料为三维多孔网络状结构，其特征在于：所述复合材料以石墨烯为基底，在石墨烯基底上负载有Co‑N‑C活性催化中心，所述Co‑N‑C活性催化中心由氮、钴离子和石墨烯基底通过非共价作用组装形成；所述制备方法包括以下步骤：(1)将吡啶‑色氨酸凝胶因子溶于超纯水中，超声分散，得到储备母液；(2)将可溶性钴盐溶于超纯水中，超声分散，得到钴离子溶液；(3)取氧化石墨烯水溶液，并向所述氧化石墨烯水溶液中加入磷酸盐缓冲溶液，调节氧化石墨烯水溶液的pH至弱碱性，得到氧化石墨烯的磷酸盐混合溶液；(4)将步骤(2)所得钴离子溶液加入到步骤(1)所得储备母液中，摇匀，然后将其加入到步骤(3)所得氧化石墨烯的磷酸盐混合溶液中，摇匀，超声分散，得到超分子杂合水凝胶；(5)将步骤(4)所得超分子杂合水凝胶依次进行水热反应、真空冷冻干燥和碳化处理，即得石墨烯负载Co‑N‑C超分子杂合气凝胶复合材料。