石墨烯制备及其载铂催化剂性能的研究

摘要

石墨烯是一种只有单原子层厚度的二维晶体材料，由碳原子呈蜂窝状晶格结构排列的一种新型碳材料。这一独特的结构赋予它优异的光学、力学、和热学等方面的性能。石墨烯比表面积发达，对于催化剂颗粒分散较好，具有非常稳定的结构，是制备低温燃料电池催化剂优良的载体。本文综合低温热膨胀和化学还原方式制备石墨烯，研究了整个过程中碳材料表面含氧基团的变化情况。分析了铂/石墨烯复合材料制备过程中各影响因素对最终产品的催化性能的影响。
　　本文在Hummer法的基础上稍加改进，制备得到了高度氧化的石墨，通过400oC低温膨胀除去氧化石墨表面绝大部分含氧基团，获得膨胀石墨，再利用微波加热乙二醇还原法，进一步减少了最终产物石墨烯表面的含氧官能团。并且利用该方法同步还原膨胀石墨和氯铂酸，合成了具有催化性能的铂/石墨烯(Pt/Gr)复合材料，分析了微波加热时间、反应前溶液的pH值、以及乙二醇中水含量对Pt/Gr结构及催化性能的影响。通过循环伏安法对Pt/Gr的电化学性能进行了表征。采用透射电镜和扫描电镜观察了Gr和Pt/Gr的表面结构。研究结果表明，在优化的实验条件下可以得到高负载量高分散性的Pt/Gr纳米复合材料。实验得到的40wt％Pt/Gr的Pt粒子粒径分布在3.0~3.5nm范围内，对氢电极和氧电极反应有高催化活性，可作为质子交换膜燃料电池的电催化剂。

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第一章 绪论

1.1石墨烯简介

1.2石墨烯纳米复合材料的应用

1.3石墨烯的制备方法

1.4质子交换膜燃料电池催化剂载体的发展

1.5常见铂基催化剂的制备方法

1.6本文选题目的及研究内容

第二章 实验试剂、设备及分析测试技术

2.1实验试剂和仪器

2.2表征与分析方法

第三章 石墨烯的制备与性能表征

3.1氧化石墨的制备及表征

3.2膨胀石墨的制备及表征

3.3石墨烯的制备及表征

3.4本章小结

第四章 石墨烯复合材料的制备与表征

4.1铂/石墨烯复合材料的制备工艺优化

4.2铂/石墨烯复合材料的表征

4.3本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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