一种优选的电化学法评价电催化材料的氧化还原活性方法与流程

本发明属于电化学领域，涉及一种优选抗坏血酸探针和石墨烯载体电化学法评价电催化材料的氧化还原活性方法，涉及一种制备电极的方法和评价电催化材料的氧化还原活性方法。适用于高活性的电极材料尤其是多元复合材料的性能筛选。

背景技术：

石墨烯（Graphene）是一种以sp²杂化碳原子的方式形成的平面蜂窝状薄膜，是一种仅有一个原子层厚度的准二维材料，因此又称它为单原子层石墨。它从外观上看几乎是接近透明的，在吸收光方面它只吸收了2.3%的光；被认为是世界上最薄、最坚硬的纳米材料；它的导热系数甚至比碳纳米管和金刚石还要高，而且因它的电阻率仅为10^-6Ω·cm，所以被冠以世上电阻率最小的材料之称。由于它在导电性方面具有巨大的优势，在微电子领域它也占有不可动摇的优势应用地位。在新能源领域如锂离子电池、超级电容器等领域，因其比表面积大、传导性高，所以可作为电极材料助剂。电催化材料尤其是纳米材料的性能评价是功能材料的核心技术指标，如何以客观、直接、高效的指标反应其活性是核心难题。借助循环伏安法可以判断物质氧化还原的可逆性和得失电子的难易程度,它们都伴随有电子传递。如果一种电活性物质的可逆性差，那么它的氧化峰与还原峰峰高将不一样，而且也没有对称性。本方法提供了石墨烯载体，抗坏血酸探针，对抗坏血酸的电催化氧化的高灵敏度变化比较活性指标，实现客观、直接、高效地评价。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种优选抗坏血酸探针和石墨烯载体电化学法评价电催化材料的氧化还原活性方法，方法适用于电催化材料的活性筛选和评价、进行活性导向的材料合成。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

优选抗坏血酸探针和石墨烯载体电化学法评价电催化材料的氧化还原活性方法，该方法包含制备电极和电化学评价：（1）优选石墨烯载体，以一定配比和电催化材料超声混合均匀，滴涂或涂布于基体电极上；（2）以循环伏安法和交流阻抗法对抗坏血酸探针进行电化学评价电催化材料的催化作用。本方法适用于电催化材料的活性筛选和评价、进行活性导向的材料合成，可以快速高效的筛选出高活性的电催化材料，降低开发新材料的成本，指导新工艺的研发。选择以抗坏血酸为探针，电化学法评价电催化材料的氧化还原活性；选择以石墨烯为载体，电化学法评价电催化材料的氧化还原活性。

本发明的优点和效果是：

实现客观、直接、高效地评价，适用于电催化材料的活性筛选和评价、进行活性导向的材料合成。

附图说明

图1 氢氧化镍材料的石墨烯载体电极的循环伏安图（以抗坏血酸为探针），

图2 氢氧化镍与载体石墨烯按不同配比制备电极的循环伏安图（以抗坏血酸为探针），

图3裸玻碳电极、石墨烯、铂纳米材料-石墨烯修饰电极的CV图（以抗坏血酸为探针），

图4铂纳米材料-石墨烯材料的扫描电镜图，

图5 氢氧化镧纳米材料-石墨烯配比的CV图（以铁氰化钾/亚铁氰化钾为探针），

图6 不同配比的氢氧化镧-石墨烯复合材料修饰电极的CV图（以抗坏血酸为探针）。

具体实施方式

实施例1

裸玻碳电极、氢氧化镍纳米材料修饰电极、氢氧化镍纳米材料-石墨烯修饰电极的比较：

将裸玻碳电极、氢氧化镍纳米材料修饰电极、氢氧化镍纳米材料-石墨烯修饰电极分别作为工作电极，然后与其所在的三电极体系与恒电位分析仪连接好，再将三个电极放到盛有一定浓度的抗坏血酸溶液（磷酸氢二钾为缓冲液，pH调为4.0）的烧杯中，然后测量其CV氧化曲线，循环伏安法实验条件为：扫描电位范围-0.6V~0.8V、扫描速度0.10V/S、采样间隔1mV、静止时间1S、循环1次、灵敏度100μA/V。测定不同薄膜修饰电极的循环伏安曲线。

由图1可以看出由裸电极、氢氧化镍纳米材料修饰电极、石墨烯、氢氧化镍纳米材料-石墨烯修饰电极分别作为工作电极，测定同一溶液的CV曲线时，可以看出裸电极没有信号响应；石墨烯电极、氢氧化镍电极、氢氧化镍-石墨烯电极测得氧化峰依次增大，分别为70.65μA、81.91μA、99.49μA左右。由此进行分析可知，灵敏度最高的是氢氧化镍-石墨烯修饰电极。

氢氧化镍纳米材料与石墨烯不同配比的比较：

将配比分别为5:1、6:1、7:1、8:1的氢氧化镍纳米材料-石墨烯修饰电极分别作为工作电极，然后与其所在的三电极体系与恒电位分析仪连接好，再将三个电极放到盛有一定浓度的抗坏血酸溶液（磷酸氢二钾为缓冲液，pH调为4.0）的烧杯中，然后测量其CV氧化曲线，循环伏安法实验条件为：扫描电位范围-0.6V~0.8V、扫描速度0.10V/S、采样间隔1mV、静止时间1S、循环1次、灵敏度100μA/V。重复进行以上实验，测定不同配比氢氧化镍纳米材料-石墨烯薄膜修饰电极的循环伏安曲线。

由氢氧化镍-石墨烯不同配比溶液修饰电极在相同条件下的循环伏安法（CV）曲线的综合图2可知，当氢氧化镍：石墨烯配比增大时它的峰电流和峰电位都发生了变化，抗坏血酸的峰电位最大时，其氢氧化镍：石墨烯配比为7:1；当氢氧化镍：石墨烯配比继续增大时峰电流开始下降。抗坏血酸的峰电流在氢氧化镍：石墨烯配比为4:1~8:1时，当氢氧化镍：石墨烯配比为7:1时与它的前后的峰有显著的区别，其峰电流约为111.6μA。优化氢氧化镍：石墨烯的最佳配比为7:1。

实施例2

裸玻碳电极、石墨烯修饰电极、铂纳米材料-石墨烯修饰电极的比较：

从图3中可以看到，有三个氧化峰，从高到低依次是石墨烯复合铂电极、石墨烯和裸玻碳电极的电催化氧化抗坏血酸。说明石墨烯和石墨烯复合铂对抗坏血酸的氧化性是有提高，结合图4的扫描电镜分析，铂纳米可以均匀分散于石墨烯薄片上，石墨烯复合铂测定的抗坏血酸效果就显著增大，它对抗坏血酸的氧化性能优有了显著的改善，这就说明复合上去的铂纳米颗粒的电催化氧化得到客观的评价。

实施例3

氢氧化镧纳米材料-石墨烯修饰电极的比较：

用氢氧化镧-石墨烯不同配比溶液修饰电极在相同条件下，以铁氰化钾/亚铁氰化钾为探针的循环伏安特性曲线曲线（图5）对比可以得出：当氢氧化镧纳米材料与石墨烯配比增大时峰电流发生了较为明显的变化，当氢氧化镧与石墨烯配比为3：1时铁氰化钾/亚铁氰化钾混合溶液的峰电位最大；当氢氧化镧与石墨烯配比继续增大时峰电流开始下降或者几乎不变。

用氢氧化镧-石墨烯不同配比溶液修饰电极在相同条件下，以抗坏血酸为探针的循环伏安特性曲线（图6）对比分析可得：当氢氧化镧纳米材料与石墨烯配比增大时峰电流发生了较为明显的变化，当氢氧化镧与石墨烯配比为3：1时溶液的峰电位最大；当氢氧化镧与石墨烯配比继续增大时峰电流开始下降。抗坏血酸的峰电流在氢氧化镧与石墨烯配比为2:1~5:1时，当氢氧化镧：石墨烯配比为3:1时峰电流最强，与其他配比的电极特性曲线有较为明显的区分，峰电流增益程度大，观测峰形变化较为直观显著。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。