FePt-石墨烯復(fù)合材料的制備及其電催化性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池由于其高能量密度、高轉(zhuǎn)換率、低工作溫度及快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，在車用電源領(lǐng)域，其性能還有待進(jìn)一步提高，才能與現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)。電化學(xué)催化劑是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵材料之一。目前，質(zhì)子交換膜燃料電池主要采用貴金屬鉑作為催化劑材料，從而導(dǎo)致其成本較高，嚴(yán)重制約了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用。在催化劑中加入過渡金屬元素形成鉑基二元金屬材料，能夠有效的降低鉑的使用從而減少成本。此外，催化劑載體材料對(duì)催化劑的活性

2、和穩(wěn)定性也起著至關(guān)重要的作用。石墨烯由于其優(yōu)異的電子和力學(xué)等性能，使其成為催化劑的理想載體之一。因此，制備了鉑基合金材料(FePt)和石墨烯的復(fù)合材料，并研究了其電催化性能。主要內(nèi)容如下:
　　 首先，通過改進(jìn)的Hummes’法成功制備了氧化石墨(GO);利用乙二醇為溶劑，通過改變GO的加入量及Fe鹽的加入量，制備了FePt、FePt/rG-O-2、FePt/rG-O-5及Pt/rG-O納米復(fù)合材料。通過TEM、EDS、XRD、

3、XPS和Raman對(duì)納米復(fù)合材料進(jìn)行表征，結(jié)果顯示:大部分GO被還原為石墨烯(rG-O)，且GO和Fe鹽的含量對(duì)FePt納米粒子的形貌影響較大。通過調(diào)整不同的反應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了FePt納米粒子和由納米粒子組裝的花狀納米簇在石墨烯上的負(fù)載，并對(duì)花狀納米簇的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　 其次，進(jìn)一步研究了各種反應(yīng)參數(shù)，如金屬鹽及GO的含量、金屬鹽比例、反應(yīng)介質(zhì)的溶劑比、添加還原劑（1、2-十六烷二醇）以及鉑鹽的種類等，來(lái)對(duì)石墨烯負(fù)載Fe

4、Pt納米粒子的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:FePt納米粒子在石墨烯表面的分布密度與金屬鹽的含量以及GO的加入量有關(guān);金屬鹽的比例(Fe∶ Pt)對(duì)負(fù)載的納米粒子的形貌影響很大;調(diào)節(jié)反應(yīng)介質(zhì)的溶劑比例，可以影響負(fù)載的納米粒子的尺寸。
　　 最后，通過循環(huán)伏安法、氧還原活性及循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試，研究了FePt/rG-O、Pt/rG-O和FePt等納米材料的電化學(xué)性能并與商業(yè)Pt/C進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示:電化學(xué)活性順序?yàn)镕ePt/rG-O-2＞F

5、ePt/rG-O-5＞商業(yè)Pt/C＞Pt/rG-O＞FePt;各種催化劑材料的電化學(xué)穩(wěn)定性順序?yàn)镕ePt/rG-O-2＞FePt/rG-O-5＞商業(yè)Pt/C。這些結(jié)果說明FePt/rG-O具有良好的氧還原電催化活性和穩(wěn)定性。此外，還討論各種催化劑材料的催化甲醇氧化的活性影響。
　　 本論文通過一步法在不添加表面活性劑的條件下成功制備了FePt/石墨烯材料，可以得到具有不同納米結(jié)構(gòu)（粒子狀和花簇狀的）的FePt粒子負(fù)載在石墨烯片上