CN109300701A - 一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：对氧化石墨烯分散液进行氧化刻蚀，得到表面带有丰富的贯穿介孔结构的氧化石墨烯片层分散液；加入还原剂进行还原组装，得到具有多级孔道结构的三维石墨烯水凝胶；用金属前驱体溶液浸泡上述三维石墨烯水凝胶，利用水热法或者高温热解法，冷冻干燥，即可得到所述高效电催化剂复合材料。这种特殊的多级孔结构充分暴露了催化剂的催化活性位点，大大提高了电解液对催化剂活性物质的浸润性，加速了催化过程中体系内部的传质；另外避免了支撑体材料因电化学氧化失效而导致的电催化活性丧失问题，表现出优异的催化活性、高催化稳定性和快传质特性。

Description

一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料 及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料应用以及电催化剂合成与制备技术领域。更具体地，涉及一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
贵金属铂（Pt）、金（Au）、银（Ag）和钯（Pd）等是目前应用最为广泛的电催化剂材料之一，但是其成本高、储量少、稳定性不好等劣势严重限制了此类贵金属电催化剂的大规模应用。针对这一问题，目前通常采用的方案有两种：1）开发催化活性可以与贵金属类催化剂相媲美的非贵金属催化剂材料，虽然通过结构设计可以提高此类非贵金属催化剂的催化活性，但是其仍然获得无法令人满意的催化活性和稳定性，极大限制了其取代贵金属催化剂大规模应用的潜在可能；2）基于贵金属制备纳米合金化的复合电催化剂，通过精确的结构控制，充分暴露贵金属的活性位点，大大提高贵金属的单位质量催化活性，从而极大地减少贵金属催化剂的用量。较第一种方案，合金化的贵金属电催化剂材料的拥有更高的电化学催化活性、更低的过电势、更好的稳定性，具有更为优异的电化学催化综合性能和更加广泛的应用前景。
因制备过程中的团聚问题以及电化学过程中的熟化团聚、电化学腐蚀浸出问题，在实际应用中，合金化的贵金属纳米合金催化剂优异的综合催化性能往往无法得到完全发挥。碳载体的引入，可以很好地起到充分暴露、稳定和活化催化活性位点的作用，赋予最终的复合催化剂更好的综合催化性能。石墨烯作为高度石墨化的二维碳材料，具有优异的导电性、稳定性和机械性能，同时具有高的载流子迁移率和大的比表面积，从结构和本征特性上来说是理想的催化剂载体材料。然而，由于二维材料的本身属性，石墨烯用作电催化剂载体时，往往面临着严重的片层间堆叠团聚问题，进而导致慢的传质速率和活性位点被掩盖等问题。
通过石墨烯片层的自组装制备具有三维网络结构的石墨烯气凝胶是解决石墨烯片层用作载体时易发生的团聚问题的有效手段，并可以为电子传输提供了快速通道。而且，由于传统石墨烯气凝胶网络内部的传质往往受到孔壁的限制作用，不能在整个气凝胶内部形成快速的传质过程，与传统石墨烯气凝胶相比，三维结构石墨烯气凝胶负载型的贵金属纳米合金催化剂材料的综合电催化性能还有很大的提升空间。目前获得三维石墨烯负载纳米颗粒的复合材料还少有报道，而且很难使纳米合金颗粒均匀分散在三维石墨烯的结构中，其催化活性不理想，另外其支撑体材料容易因电化学氧化失效而导致电催化活性丧失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种兼具快传质、高活性和高稳定性的基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料。
本发明的第一个目的是提供一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料的制备方法。
本发明的第二个目的是提供使用上述方法制备得到的高效电催化剂复合材料。
本发明的第三个目的是提供上述高效电催化剂复合材料在作为或制备电极材料中的应用。
本发明的第四个目的是提供一种包含上述高效电催化剂复合材料的催化剂载体。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1. 将石墨氧化后分散剥离到溶剂中，得到均匀分散的氧化石墨烯分散液；利用氧化剂对氧化石墨烯分散液进行刻蚀成孔处理，得到表面带有丰富的贯穿介孔结构的氧化石墨烯片层分散液；
S2. 加入还原剂进行还原组装，得到具有多级孔道结构的三维石墨烯水凝胶；
S3. 用金属前驱体溶液浸泡上述三维石墨烯水凝胶，利用水热法或者高温热解法，得到多级孔结构的负载纳米金属或纳米金属合金催化剂的石墨烯复合水凝胶，冷冻干燥，得到所述高效电催化剂复合材料。
本发明通过在具有大孔结构石墨烯气凝胶骨架上引入介孔的结构设计，得到具有快传质和高活性的多级孔结构石墨烯气凝胶载体；在这种多级孔结构的气凝胶骨架上继续负载多孔的纳米金属或纳米金属合金复合催化剂，起到稳定分散催化剂纳米颗粒、充分暴露活性位点、确保体系内部快速传质的同时，对非金属纳米颗粒起到很好的保护作用，充分避免了在电化学熟化过程和电化学过程中腐蚀溶解而导致的催化剂电化学催化性能快速衰减；最终得到兼具快传质、高活性和高稳定性的多级孔结构纳米金属/石墨烯气凝胶或纳米金属合金/石墨烯气凝胶电催化剂复合材料。
优选地，步骤S3中，为了继续在石墨烯水凝胶三维骨架上引入多孔纳米金属或多孔纳米金属合金颗粒，对步骤S2中所得的三维石墨烯水凝胶进行溶剂置换，根据需要的金属合成体系或金属合金合成体系，选择DMSO、NMP、乙醇、DMF、乙二醇或丙三醇中的一种或几种有机溶剂进行溶剂置换，得到目标溶剂填充的多级孔石墨烯水凝胶。
优选地，步骤S1中，所述氧化石墨烯分散液的片层厚度为1～10层碳原子。
优选地，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1～20 mg/mL。
更优选地，所述氧化石墨烯分散液的浓度为2～10 mg/mL。例如2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL、5 mg/mL、6 mg/mL、7 mg/mL、8 mg/mL、9 mg/mL、10 mg/mL等。
优选地，步骤S1中，所述氧化剂与氧化石墨烯分散液的质量体积为0.1～10 g：1～100 mL。例如0.1 g：1 mL、1 g：10 mL、5 g：40 mL、10 g：50 mL、10 g：90 mL等。
优选地，所述步骤S1中的氧化剂选自铁***、氯化铁、双氧水、高锰酸钾或氯酸钾中的一种或几种。
优选地，步骤S1中，所述分散剥离方法选自球磨分散、机械搅拌、超声分散、磁力搅拌或高压均质分散剥离方法中的至少一种。
优选地，所述步骤S1中的溶剂选自水、丙酮、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇、DMSO、DMF、THF或吡啶中的一种或几种。
优选地，步骤S2中，所述还原组装的条件为：60～90℃反应0.5～6 h。
更优选地，步骤S2中，所述还原组装的条件为：90℃反应3 h。
优选地，步骤S2中，所述还原剂的添加量为氧化石墨烯片层分散液的0.01%～5%。
更优选地，步骤S2中，所述还原剂的添加量为氧化石墨烯片层分散液的0.01%～1%。
优选地，所述步骤S2中的还原剂选自硼氢化钠、氢碘酸、水合肼、抗坏血酸、氨水或乙二胺中的一种或几种。
优选地，步骤S3中，所述金属前驱体溶液中的前驱体与三维石墨烯水凝胶的质量比为1：20～1000。例如1：20、1：50、1：100、1：200、1：300、1：450、1：500、1：600、1：900、1：1000等。
优选地，所述浸泡时间为6～48 h。例如6 h、10 h、12 h、15 h、20 h、24 h、30 h、36h、40 h、48 h等。
优选地，所述高效电催化剂复合材料中，纳米金属或纳米金属合金的种类选自Pt、Pd、Au、Ag、Ni、Fe、Co或Cu等。能够任意搭配种类和配比，纳米金属或纳米金属合金的颗粒尺寸为3～15 nm，并且均匀分布在石墨烯水凝胶的骨架上。同时，该电催化剂复合材料的比表面积高，具有丰富的孔道结构，高的电子传输以及质量传输速率，阻止石墨烯以及纳米颗粒的团聚，金属或金属合金催化剂的负载量高，催化性能优异，且较传统的三维石墨烯气凝胶负载型复合电催化剂材料表现出更低的过电势（高能量效率），可以根据不同需要从而选择催化剂的组分。
优选地，所述金属前驱体溶液种类选自Pt、Pd、Au、Ag、Ni、Fe、Co、Cu中一种及多种；若为合金，则金属前驱体溶液之间的配比能够任意调控。
更优选地，所述纳米金属合金为纳米铂镍金属合金。
优选地，所述高温热解反应的条件为：300～500℃反应3～8 h。
更优选地，所述高温热解反应的条件为：350～450℃反应4～6 h。
优选地，所述水热反应的条件为：160～200℃反应3～24 h。
更优选地，所述水热反应的条件为：170～190℃反应6～12 h。
所述冷冻干燥为定向冷冻干燥或非定向冷冻干燥，冷冻温度为-196～-5℃，冷冻时间为0.1～10 h；干燥温度为0～15℃，干燥真空度为1～20 Pa，干燥时间为12～72 h。
上述方法制备得到的基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料，也在本发明的保护范围之内。
本发明的电催化剂复合材料形貌复杂，得到的多级孔结构贵金属纳米颗金/石墨烯气凝胶电催化剂复合材料的比表面积高，具有丰富的孔道结构，且贵金属催化剂的负载量高达20 wt%以上。以催化甲酸分解为例，其单位质量和单位面积催化活性分别高达650mA/mg和4.55 mA/cm2，且较传统的三维石墨烯气凝胶负载型复合电催化剂材料表现出更低的过电势（高能量效率）。
所述高效电催化剂复合材料具有三维连续的多级孔结构；孔容为1.08～1.85 cm³/g；大孔的孔径为1～100 μm，介孔的孔径为2～50 nm；比表面积为400～600 m2/g。
当所述高效电催化剂复合材料的比表面积为400 m2/g时，其催化剂的负载量至少为20 wt%。
上述高效电催化剂复合材料可以作为电极材料应用于锂离子电池及超级电容等制造中。相应地，上述高效电催化剂复合材料在作为或制备电极材料中的应用，也在本发明的保护范围之内。
本发明还提供了一种包含上述高效电催化剂复合材料的催化剂载体，其具有较佳的稳定性和优异的催化活性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明在石墨烯气凝胶骨架上引入大量贯通的介孔结构，很好地解决了传统的三维石墨烯气凝胶受到孔壁的阻碍作用而导致催化剂材料内部传质慢的问题。
（2）本发明将具有多级孔结构的石墨烯气凝胶与本身具有多孔结构的纳米金属或纳米金属合金进行结合，有效形成了具有多级孔结构的电催化剂复合材料，充分暴露了催化剂活性位点，极大地提高了催化剂的催化活性，加速了催化过程中体系内部的传质；而且，复合过程中，采用简单易行的水热原位生长法，较普通的溶液共混法得到的复合材料，多孔的纳米金属或纳米金属合金的分散更加均匀、其与多级孔结构石墨烯气凝胶骨架之间的结合力更强，避免了长循环使用过程中的脱落熟化，进一步提高催化剂的稳定性。
（3）本发明石墨化程度很高的多级孔石墨烯气凝胶骨架在电催化过程中可以作为优秀的支撑体材料，避免了支撑体材料因电化学氧化失效而导致的电催化活性丧失的问题；用在电催化反应中，如甲酸氧化，同时表现出优异催化活性、高催化稳定性和快传质特性。
（4）本发明具有反应过程简单，反应步骤少，反应周期短、重复性好等优势，在电催化剂领域具有良好的应用前景和广阔的发展空间。
附图说明
图1为本发明多孔的氧化石墨烯片层的透射电镜图片。
图2为本发明多级孔石墨烯水凝胶的数码照片。
图3为本发明得到的多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的透射电镜和扫描电镜图片。
图4为本发明得到的多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的氮气DFT孔尺寸分布图。
图5为本发明制备的多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的甲酸催化性能图。
图6为本发明制备的多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的计时安培曲线。
图7为本发明制备的多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂和传统石墨烯气凝胶负载多孔贵金属纳米合金复合催化剂对甲酸催化性能的对比图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1 多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的合成
1、通过以下方法制备多级孔贵金属孔纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂，包括以下步骤：
（1）合成表面带有丰富介孔结构的氧化石墨烯片层分散液：
合成氧化石墨烯分散液：将5 g天然鳞片石墨、5 g硝酸钠和15 g高锰酸钾分散于150mL浓硫酸中，搅拌反应10 h后，升温至95℃反应0.5 h后，静置，倒去上层清液，将沉淀离心洗涤数次至呈中性，通过超声分散15 min将其剥离到溶剂水中，即可得到均匀分散的氧化石墨烯分散液；
刻蚀成孔处理：取5 mg/mL的氧化石墨烯溶液100 mL，加入氧化剂氯化铁2.5 g，煮沸3h进行刻蚀成孔处理，离心洗涤2～4次后，即可得到表面带有丰富介孔结构的氧化石墨烯片层分散液；
（2）合成具有多级孔道结构的三维石墨烯水凝胶：
取3 mg/mL表面带有丰富介孔结构的氧化石墨烯片层分散液100 mL，加入3 mL氢碘酸（氢碘酸加入量为氧化石墨烯片层分散液的3%），90℃反应3 h后，即可得到具有多级孔道结构的三维石墨烯水凝胶；
（3）合成多级孔贵金属孔纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂：
将三维石墨烯水凝胶用大量清水浸泡洗涤后，置于氯铂酸和氯化镍的混合溶液中选择乙醇进行溶剂置换6 h，其中金属前驱体溶液（氯铂酸和氯化镍的混合溶液）中的前驱体与三维水凝胶质量比1：20；
待置换完成后，整体转移至水热釜中，升温至170℃进行反应6 h，最终经过洗涤和冷冻干燥（其中，冷冻温度为-5℃，冷冻时间为10 h；干燥温度为15℃，干燥真空度为1 Pa，干燥时间为72 h），即可获得多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂（即纳米铂镍金属合金/石墨烯气凝胶复合催化剂）。
2、传统贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的制备
为了进行性能对比，我们制备了传统的石墨烯气凝胶负载多孔纳米金属合金的复合催化剂材料，其制备方法与上述多级孔贵金属孔纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的制备方法基本一致，除了未对氧化石墨烯片层进行刻蚀成孔处理，即未进行加入氯化铁并煮沸步骤。
3、结果
（1）本实施例通过氧化刻蚀得到多孔的氧化石墨烯片层（如图1所示），加入氢碘酸90℃下反应3 h得到的多级孔石墨烯水凝胶（如图2所示）。
（2）本实施例获得多级孔结构的金属纳米合金/石墨烯复合气凝胶，其透射电镜图如图3所示，具有三维连续的多级孔结构，其中孔容为1.85 cm³/g，大孔的孔径约为50 μm，介孔的孔径约为20 nm；其比表面积高达517.4 m2/g（如图4所示），具有丰富的孔道结构，且多孔的贵金属纳米合金的负载量高达20 wt%以上。
（3）本实施例获得多级孔结构的金属纳米合金/石墨烯复合气凝胶，以催化甲酸分解为例，其单位质量和单位面积催化活性分别高达580 mA/mg和4.0 mA/cm2（如图4所示），是商用碳载铂（20 wt%）催化剂的6倍之多，并且保持极为优异的电化学稳定性（如图6所示）。
（4）本实施例获得多级孔结构的金属纳米合金/石墨烯复合气凝胶（多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂），较传统的三维石墨烯气凝胶负载型复合电催化剂材料（传统贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂）表现出更低的过电势和更高的催化活性（如图7所示）。
实施例2 多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的合成
1、制备方法
本实施例催化剂的制备方法其他条件同实施例1，不同之处在于：
（1）还原剂为硼氢化钠；
（2）水热反应的条件为：180℃水热反应6 h。
2、结果
（1）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗合金/石墨烯复合气凝胶，其比表面积高达510 m2/g，具有丰富的孔道结构，且多孔的贵金属纳米合金的负载量高达20 wt%以上。
（3）本实施例获得多级孔结构的金属纳米合金/石墨烯复合气凝胶，以催化甲酸分解为例，其单位质量和单位面积催化活性分别高达520 mA/mg和3.55 mA/cm2，是商用碳载铂（20 wt%）催化剂的近6倍之多，并且保持极为优异的电化学稳定性。
（4）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗金/石墨烯复合气凝胶，较传统的三维石墨烯气凝胶负载型复合电催化剂材料表现出更低的过电势和更高的催化活性。
实施例3 多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的合成
1、制备方法
本实施例催化剂的制备方法其他条件同实施例2，不同之处在于：
（1）还原剂为抗坏血酸；
（2）水热反应的条件为：180℃水热反应12 h。
2、结果
（1）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗合金/石墨烯复合气凝胶，其比表面积高达450 m2/g，具有丰富的孔道结构，且多孔的贵金属纳米合金的负载量高达20 wt%以上。
（3）本实施例获得多级孔结构的金属纳米合金/石墨烯复合气凝胶，以催化甲酸分解为例，其单位质量和单位面积催化活性分别高达510 mA/mg和3.55 mA/cm2，是商用碳载铂（20 wt%）催化剂的5倍之多，并且保持极为优异的电化学稳定性。
（4）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗金/石墨烯复合气凝胶，较传统的三维石墨烯气凝胶负载型复合电催化剂材料表现出更低的过电势和更高的催化活性。
实施例4 多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的合成
1、制备方法
本实施例催化剂的制备方法其他条件同实施例2，不同之处在于：
将置换完成后，带有金属前驱体溶液的多级孔结构石墨烯水凝胶直接冷冻干燥，随后将得到的复合气凝胶在氩气保护条件下，500℃高温处理3 h，利用高温热解法制备多级孔纳米金属/石墨烯气凝胶复合催化剂。
2、结果
（1）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗合金/石墨烯复合气凝胶，其比表面积高达405 m2/g，具有丰富的孔道结构，且多孔的贵金属纳米合金的负载量高达20 wt%以上。
（3）本实施例获得多级孔结构的金属纳米合金/石墨烯复合气凝胶，以催化甲酸分解为例，其单位质量和单位面积催化活性分别高达555 mA/mg和3.7 mA/cm2，是商用碳载铂（20 wt%）催化剂的近6倍之多，并且保持极为优异的电化学稳定性。
（4）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗金/石墨烯复合气凝胶，较传统的三维石墨烯气凝胶负载型复合电催化剂材料表现出更低的过电势和更高的催化活性。
实施例5 多级孔贵金属纳米合金/石墨烯气凝胶复合催化剂的合成
1、制备方法
本实施例催化剂的制备方法其他条件同实施例1，不同之处在于：
冷冻温度为-196℃，冷冻时间为0.1 h；干燥温度为0℃，干燥真空度为20 Pa，干燥时间为12 h。
2、结果
（1）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗合金/石墨烯复合气凝胶，具有三维连续的多级孔结构，其中孔容为1.08 cm³/g，大孔的孔径约为55 μm，介孔的孔径约为25 nm，其比表面积高达400 m2/g，具有丰富的孔道结构，且多孔的贵金属纳米合金的负载量高达20wt%以上。
（3）本实施例获得多级孔结构的金属纳米合金/石墨烯复合气凝胶，以催化甲酸分解为例，其单位质量和单位面积催化活性分别高达560 mA/mg和3.75 mA/cm2，是商用碳载铂（20 wt%）催化剂的近6倍之多，并且保持极为优异的电化学稳定性。
（4）本实施例获得多级孔结构的金属纳米颗金/石墨烯复合气凝胶，较传统的三维石墨烯气凝胶负载型复合电催化剂材料表现出更低的过电势和更高的催化活性。
以上具体实施方式为便于理解本发明而说明的较佳实施例，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将石墨氧化后分散剥离到溶剂中，得到均匀分散的氧化石墨烯分散液；利用氧化剂对氧化石墨烯分散液进行刻蚀成孔处理，得到表面带有丰富的贯穿介孔结构的氧化石墨烯片层分散液；
S2. 加入还原剂进行还原组装，得到具有多级孔道结构的三维石墨烯水凝胶；
S3. 用金属前驱体溶液浸泡上述三维石墨烯水凝胶，利用水热法或者高温热解法，得到多级孔结构的负载纳米金属或纳米金属合金催化剂的石墨烯复合水凝胶，冷冻干燥，得到所述高效电催化剂复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述氧化石墨烯分散液的片层厚度为1～10层碳原子；所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1～20 mg/mL；优选地，步骤S1中，所述氧化剂与氧化石墨烯分散液的质量和体积为0.1～10 g：1～100 mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述还原组装的条件为：60～90℃反应0.5～6 h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述金属前驱体溶液中前驱体与三维石墨烯水凝胶的质量比为1：20～1000。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高效电催化剂复合材料中，纳米金属或纳米金属合金的种类选自Pt、Pd、Au、Ag、Ni、Fe、Co或Cu。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温热解反应的条件为：300～500℃反应3～8 h；优选地，所述水热反应的条件为：160～200℃反应3～24 h；优选地，所述步骤S1中的溶剂选自水、丙酮、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇、DMSO、DMF、THF或吡啶中的一种或几种；优选地，所述步骤S1中的氧化剂选自铁***、氯化铁、双氧水、高锰酸钾或氯酸钾中的一种或几种；优选地，所述步骤S2中的还原剂选自硼氢化钠、氢碘酸、水合肼、抗坏血酸、氨水或乙二胺中的一种或几种。
7.权利要求1～6任意一项所述方法制备得到的基于多级孔结构石墨烯气凝胶的高效电催化剂复合材料。
8.根据权利要求7所述的高效电催化剂复合材料，其特征在于，所述高效电催化剂复合材料具有三维连续的多级孔结构；孔容为1.08～1.85 cm³/g；大孔的孔径为1～100 μm，介孔的孔径为2～50 nm；比表面积为400～600 m2/g。
9.权利要求7或8所述的高效电催化剂复合材料在作为或制备电极材料中的应用。
10.一种催化剂载体，其特征在于，包含权利要求7或8所述的高效电催化剂复合材料。
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