貴金屬-石墨烯納米復合材料的制備及其電催化應用.pdf

1、貴金屬/石墨烯納米復合材料綜合了石墨烯材料和貴金屬納米顆粒的優(yōu)點，在醇類燃料電池電催化劑方面具有非常重要的應用價值。作為直接醇類燃料電池的陽極催化劑，Pt和Pd是研究最多的催化劑材料。但由于Pt在自然界的儲備量有限，價格相對昂貴而限制了其作為催化劑材料的廣泛應用。因此為了解決這一問題，人們更加關注Pd作為催化劑材料的電催化活性。電催化劑的催化活性與其顆粒的大小及其在載體材料上的分散程度具有很大的關系，金屬粒徑越小、分散越均勻，其電催化活

2、性就越高。另外，根據(jù)文獻調研發(fā)現(xiàn)，特殊金屬氧化物的摻雜在提高催化劑催化活性上起著重要作用，主要原因來自，一方面氧化物能夠促進了金屬納米顆粒的分散，另一方面其在醇氧化過程中起到了重要作用。
　　 本論文，我們主要從載體材料的改善和金屬氧化物的摻雜兩個方面提高貴金屬催化劑材料的電催化活性。所取得研究結果包括以下3個方面:
　　 (1)利用改性的Hummers方法制備氧化石墨并以其為原料，采用限域微爆炸方法制備出氧化石墨烯卷(

3、GSSO)。以氯鈀酸銨((NH4)2PdCl6)為鈀前驅體，以硼氫化鈉為還原劑共同還原GSSO和(NH4)2PdCl6，制備出了負載于石墨烯卷上的鈀納米催化劑(Pd/GSS)。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射儀(XRD)分別考察催化劑材料的表面形貌和元素組成。并利用循環(huán)伏安方法、計時電流曲線方法研究了催化劑材料對乙醇氧化的電催化性能及催化劑材料的電化學穩(wěn)定性。研究結果表明:Pd納米顆粒能夠均勻地分散于石

4、墨烯卷表面，粒徑約為5 nm。與Pd/G材料相比，Pd/GSS具有更好的催化活性和抗中毒能力。
　　 (2)利用化學還原法制備出有二氧化錳摻雜的氧化石墨烯(MnO2-GO)，以MnO2-GO為載體，(NH4)2PdCl6為Pd的前驅體，利用硼氫化鈉共還原的方法制備出Pd/MnO2-RGO和Pd/RGO納米復合材料。采用SEM、TEM、XRD對GO、MnO2-GO、Pd/MnO2-RGO材料進行結構及形貌分析。采用循環(huán)伏安法、計時

5、電流法等電化學測量技術分別對上述材料在0.5 M KOH+1 M CH3OH電解質溶液中，對甲醇電催化性能進行了對比研究。結果表明:Pd納米顆粒能夠均勻的分散在有MnO2摻雜的石墨烯表面上，平均粒徑約為5 nm。與Pd/RGO納米材料相比，Pd/MnO2-RGO納米催化劑材料具有更好的電化學催化活性和電化學穩(wěn)定性。當MnO2與RGO的質量比為1∶7時，Pd/MnO2-RGO(1∶7)納米復合材料表現(xiàn)出對甲醇最高的催化活性。
　　

6、 (3)以MgO摻雜的氧化石墨烯材料作為金屬Pd納米顆粒的載體，通過硼氫化鈉共還原制備出Pd/MgO-RGO納米復合材料。采用SEM、X射線能量散射譜儀(EDS)考察了催化劑材料的表面形貌和元素組成。并利用循環(huán)伏安方法、計時電流曲線方法研究了催化劑材料在0.5 M KOH+1 M CH3OH電解質溶液中對甲醇氧化的電催化性能及催化劑材料的電化學穩(wěn)定性。研究結果表明:Pd和MgO可穩(wěn)定地負載于石墨烯上;與Pd/RGO納米材料相比，Pd/M