| 以石墨烯为载体的直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备与性能研究 | |
| 罗保民 | |
| Subtype | 工学博士 |
| Thesis Advisor | 阎兴斌 |
| 2013-05-28 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | 清洁能源化学与材料实验室 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 直接甲醇燃料电池 石墨烯 铂基合金 甲醇氧化 Direct Methanol Fuel Cell Graphene Platinum-based Alloy Methanol Oxidation |
| Abstract | 直接甲醇燃料电池具有能量密度大、结构简单、燃料易储存、污染小、转化效率高、可常温工作等特点，使其成为便携式电子产品和轻型电动车的理想电源。然而，阳极催化剂——铂及其合金较低的催化活性使得催化剂的用量增加，增加了产品的成本，阻止了其商业化应用。因此研制高活性的催化剂具有重要的意义。目前催化剂的研制主要集中于铂基合金催化剂成份和结构的调控，如空心结构、树突状结构、一维结构催化剂的制备。另一方面，石墨烯的出现为催化剂活性的提高提供了一个新的契机。石墨烯是二维结构的碳材料，具有高的比表面积，高的电化学稳定性、良好的导电性等优点，使其成为直接甲醇燃料电池催化剂的理想载体。本论文制备了以石墨烯为载体的不同形貌、不同组成的催化剂和无担载的PtCo 纳米管催化剂。主要内容包括： 1. 石墨烯表面单分散铂催化剂的原位生长。我们以聚电解质 PDDA 来修饰石墨烯，使石墨烯表面均匀带上正电荷，这些正电荷又通过静电吸引吸附带负电的氯铂酸根，实现氯铂酸根在石墨烯上的均匀包覆，用乙二醇原位还原便可实现铂在其表面的均匀担载。在 PDDA 修饰的石墨烯上生长的铂与在石墨烯上直接生长的铂相比，颗粒尺寸更小、颗粒更均匀、催化活性更高。 2. 石墨烯表面单分散铂镍合金催化剂的原位生长。我们同样以 PDDA 修饰的石墨烯为载体，制备了铂镍合金纳米颗粒催化剂。PDDA上的正电荷可以吸附带负电的氯铂酸根，而被吸附的氯铂酸根又吸附带正电的镍离子，实现铂镍前驱物在石墨烯表面的均匀包覆，通过原位还原便可实现铂镍合金在石墨烯表面的均匀担载。表征显示以 PDDA 修饰的石墨烯为载体的铂镍合金纳米颗粒分散均匀、无团聚，而直接以石墨烯为载体制备的样品发生了团聚。电化学测试表明以PDDA修饰的石墨烯为载体的样品的催化活性和稳定性要高于以石墨烯为载体的样品的催化活性和稳定性。同时我们还研究了反应体系中铂、镍前驱物的比例对催化剂活性的影响。实验结果表明当反应体系中铂、镍前驱物的摩尔比为二比一时所制备的催化剂的活性最高。 3. 以钴纳米球为模板，通过置换反应制备了Pt&CoSn(OH)6 空心纳米球催化剂，并将其与氧化石墨烯混合制备了空心Pt&CoSn(OH)6/氧化石墨烯复合材料，再将氧化石墨烯还原制备空心Pt&CoSn(OH)6/石墨烯催化剂。测试表明空心催化剂活性和稳定性高于实心催化剂的活性和稳定性，三元催化剂活性和稳定性高于一元催化剂活性和稳定性。 4. 铂钴纳米管和铂铁纳米管/石墨烯的制备。以氯化钴为起始原料制备钴纳米线，再以所制备的钴纳米线为模板，通过置换反应制备铂钴和铂铁纳米管。将铂铁纳米管与石墨烯混合制备铂铁纳米管/石墨烯催化剂。所制备的铂钴纳米管催化剂和铂铁纳米管/石墨烯催化剂均表现出了良好的稳定性。 5. 制备铂镍纳米树突/石墨烯催化剂。以镍纳米球为模板，通过置换反应制备铂镍树突催化剂，将其与石墨烯混合，制备铂镍纳米树突/石墨烯催化剂，该催化剂具有极大的电化学活性面积，极高的催化活性和稳定性，其活性远远高于商业PtRu/C催化剂。 |
| Funding Project | 低维材料与化学储能课题组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5522 |
| Collection | 清洁能源化学与材料实验室 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 罗保民. 以石墨烯为载体的直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备与性能研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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