超重力法制備摻氮石墨烯及其在ORR中應用研究.pdf

1、人們對燃料電池給予了非常高的重視，因為其能量轉化率高，并且對環(huán)境的污染小。然而，燃料電池的商業(yè)化進程因其生產成本高和使用耐久性差等缺點受到了阻礙。因此，為了實現燃料電池的長期發(fā)展和工業(yè)化，尋找一種可以代替貴金屬鉑的新型非貴金屬催化劑是關鍵。
　　石墨烯為二維網狀結構，特殊的結構使得其導電性強，并且比表面積高。將氮元素摻雜在石墨烯結構中，能夠提高石墨烯催化氧還原反應(ORR)的活性。
　　本論文分別以超重力法制備的氧化石墨烯和

2、尿素作為碳源和氮源，按照不同質量比在180℃水熱反應20 h的條件下制備了不同摻氮量的石墨烯。結果表明，氧化石墨烯與尿素的質量比1∶400為較好的配比。水熱反應可以同時實現氧元素的還原和氮元素的摻雜，是一種綠色有效的工藝。較佳摻氮樣品修飾電極的起始氧還原電壓比樣品未摻氮樣品的起始氧還原電壓向右偏移了45 mV，在電壓為-1.0 V時的電子轉移數可以達到4.1，是較好的ORR催化劑。其ORR性能增加的原因被認為是吡啶型氮的作用。
　

3、　為了對比超重力法制備摻氮石墨烯的ORR性能，采用傳統(tǒng)的超聲法獲得了氧化石墨烯，在同等的條件下制備了不同摻氮量的石墨烯，結果表明，較佳摻氮樣品修飾電極的起始氧還原電壓比未摻氮樣品的起始氧還原電壓向右偏移了69 mV。同等條件下超聲法的最佳摻氮量小于超重力的。造成這種差異的原因被認為是通過旋轉填充床剝離得到的石墨烯比表面積更大，層數更少，能夠摻雜更多的氮，使其電壓實用范圍更寬。證明了超重力法制備石墨烯在燃料電池催化劑方面有較好的應用前景。