非共价功能化石墨烯载铂催化剂的制备及其性能

摘要

石墨烯具有优异的导电性和高比表面积，是催化剂的理想载体。用普通化学还原法制备的石墨烯极易团聚，不利于其上催化剂的负载。
　　 本文合成了一种含有大π共轭体系的苝衍生物N-3，6-二（1-苝基）-9-辛基咔唑(PyD)作为稳定剂，通过与石墨烯片层间的π-π相互作用提高石墨烯溶液的分散性和稳定性，阻止石墨烯片层的团聚，利于铂粒子的均匀负载。
　　 用改进的hummers法制备的氧化石墨烯，将其分散在氯铂酸-乙二醇溶液中作为前驱体，加入PyD制得苝衍生物非共价功能化的石墨烯载铂催化剂，通过调节溶液pH值、PyD的添加量、水合肼的加入量得到最佳合成条件:pH=10时，石墨烯负载的铂粒子结晶性和分散性最佳;10mg石墨烯中加入0.5mgPyD时，铂的粒径大小适中，分散性和结晶性好;10mg石墨烯中加入0.25ml水合肼时，铂粒子的粒径适中，分散性好。
　　 用循环伏安法和旋转圆盘电极分别测定Pt/石墨烯催化剂、Pt/PyD非共价功能化石墨烯催化剂的电化学活性面积和极化曲线，分析表明Pt/PyD-G催化剂的电化学活性面积为Pt/G催化剂的1.5倍，Pt/PyD-G催化剂的氧化还原电位更正，极限扩散电流更大，说明Pt/PyD-G催化剂的催化活性更好;恒电位测试表明Pt/PyD-G催化剂比Pt/G催化剂和商业E-TEK催化剂的稳定性都好。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 石墨烯概述

1．1．1 石墨烯的结构和特性

1．1．2 石墨烯的应用

1．2 石墨烯的制备方法及研究进展

1．2．1 微机械剥离法

1．2．2 化学气相沉积(CVD)法

1．2．3 氧化还原法

1．2．4 热膨胀剥离法

1．2．5 液相剥离法

1．2．6 其它方法

1．3 石墨烯的功能化修饰

1．3．1 共价功能化修饰

1．3．2 非共价功能化修饰

1．4 金属／石墨烯纳米复合催化剂的研究进展

1．4．1 金属／石墨烯纳米复合催化剂的制备方法

1．4．2 金属／石墨烯纳米复合催化剂的电催化性能研究

1．5 功能化的碳材料应用到电催化剂

1．6 本论文工作思路

1．7 本文主要研究内容

第二章 试验条件及主要测试方法

2．1 试验药品及设备

2．2 试验表征方法

2．2．1 形貌和结构表征方法

2．2．2 电化学测试方法

第三章 苝衍生物修饰的石墨烯的制备及表征

3．1 石墨烯的制备及表征

3．1．1 石墨烯的制备

3．1．2 石墨烯的形貌和结构

3．2 苝衍生物的合成

3．2．1 3,6-二硼酸频哪醇酯-9-辛基咔唑的合成

3．2．2 N-3,6-二(1-苝基)-9-辛基咔唑的合成

3．3 菲衍生物非共价功能化石墨烯

3．3．1 紫外分析

3．3．2 荧光分析

3．3．3 XRD表征

3．4 本章小结

第四章 Pt／石墨烯、Pt／菲衍生物-石墨烯催化剂的制备及物性表征

引言

4．1 石墨烯负载Pt催化剂的制备

4．2 Pt／菲衍生物-石墨烯催化剂的制备

4．3 催化剂制备条件的探索

4．3．1 反应中pH对于Pt纳米粒子粒径和分散性的影响

4．3．2 托衍生物的加入对于铂纳米粒子粒径和分散性的影响

4．3．3 水合肼的加入对于铂纳米粒子粒径和分散性的影响

4．4 石墨烯载Pt催化剂的物性表征

4．4．1 铂的负载率

4．4．2 催化剂Ztea电位分析

4．5 本章小结

第五章 石墨烯载Pt催化剂催化性能的研究

5．1 催化剂的电化学活性表面积

5．2 催化剂对催化氧气还原反应性能分析

5．2．1 催化剂的氧还原过程循环伏安(CV)性能分析

5．2．2 氧气还原反应催化性能分析

5．2．3 氧气还原在不同催化剂反应历程分析

5．3 恒电位测试

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

作者和导师简介