25192.pt石墨烯基復合材料的研制及對甲醇的電催化氧化性能研究

1、直接甲醇燃料電池(DⅧC)由于具有能量密度高、環(huán)境友好、便于攜帶與儲存等優(yōu)點，因此在移動電源、便攜式電子產品電源等領域具有廣闊的應用前景，但陽極催化劑低的活性和穩(wěn)定性等缺點阻礙了其實際應用。目前Pt基催化劑是被證明催化活性最高的DMFC陽極催化劑，而Pt基催化劑的結構、形貌和粒度等特性決定著其本征催化活性，因此開發(fā)一種簡單、有效的方法來調控其上述特性以促進Pt催化效率的最大化發(fā)揮是實現(xiàn)甲醇燃料電池商業(yè)化應用的關鍵策略。石墨烯，作為一種新

2、穎的二維碳納米材料，其無與倫比的比表面積和導電性賦予了其作為催化劑載體的優(yōu)異特性。更為重要的是，通過化學氧化還原法制備的石墨烯，其表面具有豐富的活化位點以及缺陷，有利于修飾更多的功能性基團，從而通過一定的相互作用可調控Pt的生長機制和催化活性。另一方面，通過構建Pt／石墨烯基多維復合體系，可以在一定程度上調控并優(yōu)化催化劑的微納結構、形貌及粒度，從而使得催化劑的催化性能以及甲醇催化氧化反應動力學得到提高?；谝陨显O計思路及目標，本論文主要

3、從Pt／石墨烯基復合材料的研制方面探討如何調控Pt的結構、形貌及粒度以提高其催化活性和穩(wěn)定性。所開展的研究工作主要包括以下三個方面：(1)以石墨烯為載體采用電沉積法制備了石墨烯／PtCo復合催化劑，并著重探討了PtCo原子比例對于催化劑形貌及催化性能的影響。研究結果表明，石墨烯能夠促進PtCo納米粒子的均勻負載，而當PtCo比例為l：293時效果最好，并且該組成的催化劑表現(xiàn)出了對甲醇最高的催化活性和穩(wěn)定性。(2)利用普魯士蘭對石墨烯進行

4、改性，并采用電沉積法在此基體上制備了形貌規(guī)整的Pt納米粒子。研究結果表明，普魯士蘭的多孔特性以及豐富的活性位點可在一定程度上加速Pt的有效沉積以及均勻分布，所制備的Pt／普魯士蘭／石墨烯復合催化劑表現(xiàn)出較高的催化甲醇氧化性能。(3)以離子液體1丁基一3甲基咪唑四氟硼酸鹽和1丁基3甲基咪唑六氟磷酸鹽對石墨烯進行功能化，進一步以此為基體生長Pt納米粒子。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體間以及與石墨烯之間的特殊相互作用，使得復合物內的相平衡特性以及離域行為

5、都發(fā)生了不同程度的改變，從而促進了Pt納米粒子的均相生長，提高了其分散度和穩(wěn)定性，并最終使其對甲醇的催化氧化活性和穩(wěn)定性大大增強。關鍵詞：石墨烯；Pt納米粒子；復合催化劑；甲醇催化氧化nanoparticleswithhighelectroactivesurfacearea㈣uraphenefunctionalizedby(1一butyl3metIylimidazoli啪te仃afluorobo眥([bmim][BF4])andhexa

6、fluorophosphate([bmim][PF6】))wasemployed邪thesupportforgrowingPt呦oparticlesItwasfoundthatthepeculiarinterplaybetweenionicliquidhYbrldaJldgraphenehadresultedinastablestmcn聆intennsofelec仃℃nicandphaLsemtcrtaclalpropertywhich

7、enabledtheeffectiveloadingofPtNPsonthisrefinedsupportwithsmallersizeuniformdispersionandconsequentlybettercatalyticactivitycomparedtothosesupportedonmonoionicliquidmodifiedgrapheneKeywords：Graphene；PtnanoparticIe；Composi