三維石墨烯鉑催化劑用於燃料電池研究獲進展

近jin期qi，中zhong國guo科ke學xue院yuan合he肥fei物wu質zhi科ke學xue研yan究jiu院yuan等deng離li子zi體ti物wu理li研yan究jiu所suo應ying用yong等deng離li子zi體ti研yan究jiu室shi王wang奇qi課ke題ti組zu在zai甲jia醇chun氧yang化hua反fan應ying方fang麵mian取qu得de進jin展zhan，相xiang關guan內nei容rong發fa表biao在zai《應用表麵科學》（Applied Surface Science）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）通tong過guo電dian解jie質zhi膜mo從cong陽yang極ji轉zhuan移yi到dao陰yin極ji

，然ran後hou陰yin極ji的de氧yang氣qi被bei催cui化hua還hai原yuan得de到dao電dian子zi從cong而er形xing成cheng電dian流liu回hui路lu，提ti供gong電dian能neng。其qi中zhong催cui化hua劑ji對dui陽yang極ji的de甲jia醇chun氧yang化hua反fan應ying至zhi關guan重zhong要yao，近jin年nian來lai相xiang關guan研yan究jiu越yue來lai越yue深shen入ru，主zhu要yao從cong提ti高gao貴gui金jin屬shu催cui化hua劑ji的de利li用yong率lv、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)。

　　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)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。

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