金屬-石墨烯復(fù)合材料的制備及催化性能研究.pdf

1、貴金屬納米催化劑一直以來在燃料電池、生物傳感器、汽車尾氣處理等應(yīng)用領(lǐng)域有不可替代的作用。燃料電池因其能量轉(zhuǎn)化效率高、污染低、燃料來源廣等優(yōu)點(diǎn)成為新能源研究的熱點(diǎn)。無酶的葡萄糖傳感器因?yàn)槠湫阅芊€(wěn)定，對外界環(huán)境要求低，也成為科研工作者的研究熱點(diǎn)。然而，這兩者都存在催化劑活性較低和價格高昂的問題，阻礙了兩項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。因此，如何提高催化劑的活性和利用率、降低貴金屬用量是目前研究的重點(diǎn)。本論文選擇石墨烯(rGO)為載體，分別利用電化學(xué)方法

2、和化學(xué)合成方法制備出PdPt/rGO、PdCu/rGO和PtPdCu/rGO納米復(fù)合催化劑并對其催化性能進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)通過簡單的電化學(xué)方法制備了還原氧化石墨烯負(fù)載PtPd納米顆粒的納米復(fù)合材料(PtPd/rGO)，此納米復(fù)合材料可以作為甲醇、乙醇和甲酸催化氧化的催化劑。rGO的石墨化程度和電化學(xué)活性是由其還原程度來控制的，可通過改變還原時間來調(diào)控rGO的還原程度。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適度還原的rG

3、O表面含有適量的含氧官能團(tuán)，有利于金屬粒子沉積時的成核。與單純的PtPd二元金屬復(fù)合催化劑相比，rGO的引入可大大提升納米復(fù)合催化劑的催化性能。這是因?yàn)閞GO具有良好的吸附功能，可以吸附試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的有毒中間產(chǎn)物，使得催化劑的耐毒化性能提高;rGO良好的導(dǎo)電性和有序的石墨化結(jié)構(gòu)也有利于電子傳輸并加速電極表面的傳質(zhì)動力學(xué)。
　　(2)通過一步水熱法制備PdCu/rGO納米復(fù)合材料。PdCu/rGO復(fù)合材料呈現(xiàn)出多孔的三維結(jié)構(gòu)，Pd

4、Cu納米粒子負(fù)載在rGO表面或者被rGO包覆。PdCu/rGO復(fù)合材料在含有Cl-的堿性溶液中對葡萄糖的電催化氧化表現(xiàn)出良好的催化效果，這主要是因?yàn)镻dCu納米粒子和rGO的協(xié)同作用。相對于單金屬/rGO催化劑，雙金屬PdCu/rGO催化劑有更好的催化效果，有更大的氧化電流，更小的氧化初始電位。在恒電位-0.4V時，最佳比列的PdCu/rGO對葡萄糖催化氧化反應(yīng)響應(yīng)快，在18mM之內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度可以達(dá)到48uA(mg/mM)-1。

5、除外，PdCu/rGO催化劑還表現(xiàn)出很好的抗干擾性能，在血糖中存在多種干擾物如多巴胺(DA)、抗壞血酸(AA)、尿酸(UA)、對乙酰氨基酚(AP)以及果糖(fructose)時，對PdCu/rGO催化劑的干擾影響較小。因此，PdCu/rGO納米復(fù)合材料作為無酶的葡萄糖傳感器是很有應(yīng)用前景。
　　(3)采用兩步水熱法制備PtPdCu/rGO納米復(fù)合催化劑并研究其對甲醇和乙醇催化氧化的性能。相對于單金屬/rGO催化劑而言，PtPdCu