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）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)zuoweixingnengyouyideguijinshucuihuajiyizhishoudaoyanjiuzhemendeguanzhu，qizhongfuzaibonamikelidezaitiwangwangduizuizhongdecuihuaxingnengyoujiaodadeyingxiang。yanghuashimoxichangchangbeiyongyuguijinshudezaiti
，ranerzhijieyongyanghuashimoxizuozaiti，dianhuaxuexingnengceshibingbunengdadaolixiangxiaoguo。

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

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