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三維石墨烯鉑催化劑用于燃料電池研究獲進(jìn)展

文章出處：江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 www.cwdma.net責(zé)任編輯：江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 www.cwdma.net人氣：-發(fā)表時(shí)間：2018-05-17 08:14【大中小】

近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所應(yīng)用等離子體研究室王奇課題組在甲醇氧化反應(yīng)方面取得進(jìn)展，相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在《應(yīng)用表面科學(xué)》上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433218310547?via%3Dihub

直接甲醇燃料電池的工作原理是在氧化還原反應(yīng)過程中，陽極的甲醇在催化劑的作用下失去電子，通過外電路到陰極，同時(shí)氫離子通過電解質(zhì)膜從陽極轉(zhuǎn)移到陰極，然后陰極的氧氣被催化還原得到電子從而形成電流回路，提供電能。其中催化劑對(duì)陽極的甲醇氧化反應(yīng)至關(guān)重要，近年來相關(guān)研究越來越深入，主要從提高貴金屬催化劑的利用率、修飾載體和制備合金催化劑以提高抗中毒能力等方面入手。

鉑(Pt)作為性能優(yōu)異的貴金屬催化劑一直受到研究者們的關(guān)注，其中負(fù)載鉑納米顆粒的載體往往對(duì)最終的催化性能有較大的影響。氧化石墨烯常常被用于貴金屬的載體，然而直接用氧化石墨烯做載體，電化學(xué)性能測(cè)試并不能達(dá)到理想效果。

研究人員將氧化石墨烯(GO)與碳納米管(CNTs)自組裝后形成一種三維結(jié)構(gòu)，然后負(fù)載鉑，并通過氫等離子放電可以得到具有較大比表面積的鉑基三維石墨烯-碳納米管催化劑(Pt/GNTs)，具有優(yōu)異的甲醇氧化催化性能。該技術(shù)路線綜合GO與CNTs各自的優(yōu)點(diǎn)通過自組裝的方式形成三維復(fù)合結(jié)構(gòu)，增大了比表面積，更有利于鉑納米顆粒的分布(圖1)。

圖1 (a-b) Pt/CNTs的TEM圖;

(c-e) Pt/GNTs的TEM圖;

(f) Pt/rGO的TEM圖

隨后，科研人員在實(shí)驗(yàn)中制備了一系列不同GO與CNTs質(zhì)量比(GO:CNTs=0:1,1:6,1:4,1:2,1:1,2:1,4:1,6:1和1:0)的催化劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GO:CNTs=1:2時(shí)對(duì)甲醇的催化性能最好，電流密度高達(dá)691.1mA/mg，這個(gè)數(shù)值較商用鉑碳催化劑性能提升了87.7%，并優(yōu)于大部分已報(bào)道的其他催化劑，經(jīng)過3600s的CA測(cè)試之后仍然保持較高的電流密度(圖2)。