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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