铂基/多孔石墨烯材料对甲醇电催化氧化的性能研究

摘要

直接甲醇燃料电池具有装置简单、加料方便、能量密度高等优点，近几年已经得到商业化的应用，推动了新能源装置的研发进度。其电池的性能主要取决于其电化学催化剂，而其载体材料直接影响着催化剂催化性能。目前催化剂主要以负载型铂基材料为主，其载体材料多为碳材料。碳载体材料具有较高的比表面积便于催化剂的担载，同时具有优异的电导性与稳定性促进其电化学反应的进行。目前已有许多研究通过载体碳材料的改性与功能化来提高催化剂的催化性能。具有三维多孔结构的石墨烯比表面积较高，其具有大量的吸附位点有利于催化剂的担载并可以促进电解质的流动。因此，本文以锌箔为还原剂制备的石墨烯与氧化石墨烯进行对比，研究了锌箔还原石墨烯的可行性，并采用锌箔与纳米镍两种不同的还原剂制备了具有三维多孔结构的石墨烯载铂纳米催化剂。
　　本文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨，将其制备成的氧化石墨烯溶液以锌箔为还原剂，一步实现了氧化石墨烯与氯铂酸的还原，制备了具有孔道结构的石墨烯载铂催化剂(Pt/RGO)。利用扫描电镜与透射电镜对其结构形貌进行了观察，通过循环伏安法与计时电流的测试分析了其还原温度与时间对其催化活性及稳定性的影响，发现其在室温下制备的Pt/RGO的催化活性与稳定均高于商业铂碳。同时我们利用纳米镍对氧化石墨进行还原，并实现了纳米铂的担载，分析了铂担载量对其催化性能的影响。同时在扫描电镜与透射电镜下对其结构进行了观察，发现13％wtPt的Pt/RGO的质量比活性与抗中毒性均高于20%wtPt/C与10%wtPt/C，随着铂含量的上升，其质量比活性先上升后下降，13%wtPt的Pt/RGO的催化性能优于7.2%wtPt与22wt%Pt的样品。

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引言

第一章 文献综述

1.1 燃料电池

1.2 直接甲醇燃料电池（DMFC）

1.3 直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

1.4 碳材料在催化剂载体中的应用

1.5 本文选题意义与研究内容

第二章 实验材料与研究方法

2.1 实验药品与实验仪器

2.2 样品表征方法

2.3 催化剂的电催化性能测试方法

第三章 锌还原多孔石墨烯的制备及表征

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第四章 锌还原制备Pt/RGO及其对甲醇氧化的催化性能研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 小结

第五章 纳米镍还原氧化石墨烯两步法制备石墨烯载铂

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢