铂/石墨烯复合材料的可控合成、组装及其对甲醇电氧化

摘要

石墨烯是碳原子以 Sp2杂化键合的二维原子晶体，大的比表面积，强的导电性能使其表现出独特的电学、光学、力学、磁学性能，因此石墨烯及其复合物在传感、能源、电学、催化等领域有广泛的应用。大量的研究表明：石墨烯是一种好的电催化剂基底，可以完全取代传统的碳材料。Pt/石墨烯复合催化剂通过降低反应中间体(如：CO)毒化效应能够有效地提高Pt的催化性能。Pt/石墨烯催化剂的研究已经取得了重大的进展，但是在石墨烯上可控负载 Pt催化剂粒子依然是一项非常具有挑战性的工作。基于此，本论文从 Pt的负载量、Pt纳米粒子的排布结构两个方面实现了Pt/石墨烯复合催化剂的可控制备，并且组装了Pt/石墨烯薄膜，研究了其电催化性能。具体的研究内容如下：
　　1.以葡萄糖为保护剂，采用硼氢化钠在石墨烯溶液中还原氯铂酸，合成了Pt/RGO复合催化剂。在Pt/RGO中，Pt的含量能够通过控制Pt前驱体的量来实现。随着Pt前驱体的增加，Pt的含量也逐渐增加。不论前驱体的数量多少，所合成的Pt均是沿Pt[111]晶面定向生长的~3 nm单晶。随着Pt含量的增加，Pt纳米晶在石墨烯上的排布也呈现规律性的变化，从稀疏的分散状态转化为致密的单层膜，再转化为线性聚集体。但是，所有的样品中，均未出现纳米晶体的三维团聚。该方法简单、快捷，能够有效实现Pt纳米粒子催化剂在石墨烯上的排布和含量的控制。
　　2.系统研究了Pt/RGO复合催化剂对甲醇的电催化氧化。结果表明：随着铂负载量的增加，Pt/RGO催化剂对甲醇催化的质量归一化活性与面积归一化活性变化趋势一致，均是先增加后降低。铂负载量为24％的Pt24/RGO催化剂由于致密的Pt纳米晶体单层膜结构，具有最高催化活性和稳定性，其质量活度是商业铂碳的3.26倍，面积活度是商业Pt/C的两倍。
　　3.在甲苯-水两相界面上实现了Pt24/RGO复合物的单层膜自组装，并研究了其对甲醇的催化氧化性能。结果表明，Pt24/RGO单层膜比上述滴加的Pt24/RGO催化剂具有更高的活性和稳定性。其面积活度是滴加的商业Pt/C催化剂的2.3倍，这可能归因于薄膜结构的机械稳定性。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 石墨烯简介

1.3直接甲醇燃料电池催化剂的发展概述

1.4直接甲醇燃料电池催化剂载体

1.5 Pt/石墨烯催化剂的制备方法

1.6 本文构思

第2章 Pt/RGO复合材料的合成及表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第3章 Pt/RGO复合材料对甲醇的电催化氧化

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第4章 Pt24/RGO复合材料的界面自组装及其对甲醇的电催化氧化

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

结论

参考文献

附录 攻读学位期间论文发表情况

致谢