等離子體所三維石墨烯鉑催化劑研究取進展

據中國科學院合肥物質科學研究院報道：近期

，等離子體所應用等離子體研究室王奇課題組在甲醇氧化反應方麵取得進展，相關內容發表在《應用表麵科學》Applied Surface Science（材料科學：膜一區，工程技術類TOP期刊）上。

直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)的工作原理是在氧化還原反應過程中，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，同時氫離子（酸性電解液）tongguodianjiezhimocongyangjizhuanyidaoyinji，ranhouyinjideyangqibeicuihuahaiyuandedaodianzicongerxingchengdianliuhuilu，tigongdianneng。qizhongcuihuajiduiyangjidejiachunyanghuafanyingzhiguanzhongyao，jinnianlaixiangguanyanjiuyuelaiyueshenru，zhuyaocongtigaoguijinshucuihuajideliyonglv
、修飾載體和製備合金催化劑以提高抗中毒能力等方麵入手。鉑(Pt)作zuo為wei性xing能neng優you異yi的de貴gui金jin屬shu催cui化hua劑ji一yi直zhi受shou到dao研yan究jiu者zhe們men的de關guan注zhu
，其qi中zhong負fu載zai鉑bo納na米mi顆ke粒li的de載zai體ti往wang往wang對dui最zui終zhong的de催cui化hua性xing能neng有you較jiao大da的de影ying響xiang。氧yang化hua石shi墨mo烯xi常chang常chang被bei用yong於yu貴gui金jin屬shu的de載zai體ti

，然ran而er直zhi接jie用yong氧yang化hua石shi墨mo烯xi做zuo載zai體ti，電dian化hua學xue性xing能neng測ce試shi並bing不bu能neng達da到dao理li想xiang效xiao果guo。

圖1 (a-b) Pt/CNTs的TEM圖; (c-e) Pt/GNTs的TEM圖; (f) Pt/rGO的TEM圖

研究人員將氧化石墨烯(GO)與碳納米管(CNTs)自組裝後形成一種三維結構
，然後負載鉑
，並通過氫等離子放電可以得到具有較大比表麵積的鉑基三維石墨烯-碳納米管催化劑(Pt/GNTs)，具有優異的甲醇氧化催化性能。該技術路線綜合GO與CNTs各自的優點通過自組裝的方式形成三維複合結構，增大了比表麵積，更有利於鉑納米顆粒的分布(圖1)。隨後

，科研人員在實驗中製備了一係列不同GO與CNTs質量比(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
，結果發現GO: CNTs=1:2時對甲醇的催化性能最好，電流密度高達691.1 mA/mg，這個數值較商用鉑碳催化劑性能提升了87.7%，並優於大部分已報道的其他催化劑
，經過3600s的CA測試之後仍然保持較高的電流密度(圖2)。該(gai)結(jie)果(guo)與(yu)載(zai)體(ti)的(de)結(jie)構(gou)性(xing)能(neng)有(you)很(hen)大(da)關(guan)係(xi)，詳(xiang)細(xi)分(fen)析(xi)見(jian)原(yuan)文(wen)該(gai)研(yan)究(jiu)對(dui)製(zhi)備(bei)高(gao)效(xiao)的(de)甲(jia)醇(chun)氧(yang)化(hua)反(fan)應(ying)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)研(yan)究(jiu)有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)，對(dui)三(san)維(wei)石(shi)墨(mo)烯(xi)載(zai)體(ti)的(de)製(zhi)備(bei)也(ye)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)嶄(zhan)新(xin)的(de)思(si)路(lu)。

該研究工作得到了國家自然科學基金
、安徽省傑出青年科學基金
、中科院青促會人才專項、合肥研究院院長基金的支持。

圖2 Pt/GNTs和商用Pt/C的(a)i-t 曲線和(b) CV曲線

文章鏈接：

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