25192.pt石墨烯基復(fù)合材料的研制及對(duì)甲醇的電催化氧化性能研究

1、直接甲醇燃料電池(DⅧC)由于具有能量密度高、環(huán)境友好、便于攜帶與儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)，因此在移動(dòng)電源、便攜式電子產(chǎn)品電源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但陽極催化劑低的活性和穩(wěn)定性等缺點(diǎn)阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。目前Pt基催化劑是被證明催化活性最高的DMFC陽極催化劑，而Pt基催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌和粒度等特性決定著其本征催化活性，因此開發(fā)一種簡(jiǎn)單、有效的方法來調(diào)控其上述特性以促進(jìn)Pt催化效率的最大化發(fā)揮是實(shí)現(xiàn)甲醇燃料電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵策略。石墨烯，作為一種新

2、穎的二維碳納米材料，其無與倫比的比表面積和導(dǎo)電性賦予了其作為催化劑載體的優(yōu)異特性。更為重要的是，通過化學(xué)氧化還原法制備的石墨烯，其表面具有豐富的活化位點(diǎn)以及缺陷，有利于修飾更多的功能性基團(tuán)，從而通過一定的相互作用可調(diào)控Pt的生長(zhǎng)機(jī)制和催化活性。另一方面，通過構(gòu)建Pt／石墨烯基多維復(fù)合體系，可以在一定程度上調(diào)控并優(yōu)化催化劑的微納結(jié)構(gòu)、形貌及粒度，從而使得催化劑的催化性能以及甲醇催化氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)得到提高。基于以上設(shè)計(jì)思路及目標(biāo)，本論文主要

3、從Pt／石墨烯基復(fù)合材料的研制方面探討如何調(diào)控Pt的結(jié)構(gòu)、形貌及粒度以提高其催化活性和穩(wěn)定性。所開展的研究工作主要包括以下三個(gè)方面：(1)以石墨烯為載體采用電沉積法制備了石墨烯／PtCo復(fù)合催化劑，并著重探討了PtCo原子比例對(duì)于催化劑形貌及催化性能的影響。研究結(jié)果表明，石墨烯能夠促進(jìn)PtCo納米粒子的均勻負(fù)載，而當(dāng)PtCo比例為l：293時(shí)效果最好，并且該組成的催化劑表現(xiàn)出了對(duì)甲醇最高的催化活性和穩(wěn)定性。(2)利用普魯士蘭對(duì)石墨烯進(jìn)行

4、改性，并采用電沉積法在此基體上制備了形貌規(guī)整的Pt納米粒子。研究結(jié)果表明，普魯士蘭的多孔特性以及豐富的活性位點(diǎn)可在一定程度上加速Pt的有效沉積以及均勻分布，所制備的Pt／普魯士蘭／石墨烯復(fù)合催化劑表現(xiàn)出較高的催化甲醇氧化性能。(3)以離子液體1丁基一3甲基咪唑四氟硼酸鹽和1丁基3甲基咪唑六氟磷酸鹽對(duì)石墨烯進(jìn)行功能化，進(jìn)一步以此為基體生長(zhǎng)Pt納米粒子。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體間以及與石墨烯之間的特殊相互作用，使得復(fù)合物內(nèi)的相平衡特性以及離域行為

5、都發(fā)生了不同程度的改變，從而促進(jìn)了Pt納米粒子的均相生長(zhǎng)，提高了其分散度和穩(wěn)定性，并最終使其對(duì)甲醇的催化氧化活性和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。關(guān)鍵詞：石墨烯；Pt納米粒子；復(fù)合催化劑；甲醇催化氧化nanoparticleswithhighelectroactivesurfacearea㈣uraphenefunctionalizedby(1一butyl3metIylimidazoli啪te仃afluorobo眥([bmim][BF4])andhexa

6、fluorophosphate([bmim][PF6】))wasemployed邪thesupportforgrowingPt呦oparticlesItwasfoundthatthepeculiarinterplaybetweenionicliquidhYbrldaJldgraphenehadresultedinastablestmcn聆intennsofelec仃℃nicandphaLsemtcrtaclalpropertywhich

7、enabledtheeffectiveloadingofPtNPsonthisrefinedsupportwithsmallersizeuniformdispersionandconsequentlybettercatalyticactivitycomparedtothosesupportedonmonoionicliquidmodifiedgrapheneKeywords：Graphene；PtnanoparticIe；Composi