石墨烯基燃料電池陰極催化劑的制備及氧還原性能研究.pdf

1、燃料電池因具有高的能量轉(zhuǎn)換效率，較大的能量密度且較小的污染而日趨受到人們的關(guān)注。然而昂貴的成本致使燃料電池現(xiàn)在仍未批量生產(chǎn)，其中燃料電池陰極催化劑的成本占很大的比例。本文采用微波協(xié)助乙二醇法制備燃料電池陰極催化劑，以降低燃料電池成本為核心，重點(diǎn)對提高燃料電池的催化活性和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。
　　用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨，采用常規(guī)干燥和低溫冷凍干燥兩種方式干燥樣品。將常規(guī)干燥的氧化石墨高溫膨脹得到膨脹后的氧化石墨，以膨脹

2、后的氧化石墨為載體的前驅(qū)體，氯鉑酸為鉑源，分別研究了微波時(shí)間，溶劑比例，pH值對催化性能的影響。用X射線衍射儀（XRD），掃描電鏡（SEM），透射電鏡（TEM），傅里葉紅外光譜（FT-IR），拉曼光譜（Raman），循環(huán)伏安曲線（CV），線性掃描曲線（LSV），時(shí)間電流曲線（i-t）等測試手段對催化劑進(jìn)行了表征，結(jié)果表明以膨脹后的氧化石墨為載體的前驅(qū)體，氯鉑酸的乙二醇溶液為鉑源，摻雜30％的去離子水的乙二醇溶液為還原劑，在微波時(shí)間為50

3、s-(30s)-60s-(40s)-60s，不加助分散劑的條件下制備出的Pt/graphene催化劑的顆粒分布均勻，平均粒徑是2.4nm，電化學(xué)活性表面積大，鉑的利用率提高，催化劑的電化學(xué)性能優(yōu)異，半波電位為0.65V比商業(yè)催化劑的半波電位小0.01V，其電化學(xué)穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于商業(yè)催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性。
　　為了降低鉑的含量，以膨脹后的氧化石墨為載體的前驅(qū)體制備了鉑鎳原子總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的Pt-Ni/graphene催化劑，比較了

4、不同鉑鎳比例(mass%)催化劑的電化學(xué)性能，研究發(fā)現(xiàn)鉑鎳原子比為3:1的鉑鎳催化劑（Pt3Ni/graphene-1）的電化學(xué)性能較其它比例的鉑鎳催化劑的電化學(xué)性能好。研究表明該催化劑是合金結(jié)構(gòu)，晶面間距是0.223nm，石墨烯上負(fù)載的顆粒的平均粒徑為2.7nm，合金顆粒分散均勻，該催化劑的半波電位是0.55V，比商業(yè)催化劑的半波電位小，但是電化學(xué)穩(wěn)定性高于商業(yè)催化劑。此外，還以冷凍干燥后的氧化石墨為載體的前驅(qū)體制備了鉑鎳比例為3:1