石墨烯用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体.pdf

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1、石墨烯用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体朱艳霞，韩大量，黄成德(天津大学化工学院，天津300072)摘要：直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂是决定电池性能、寿命和成本的关键材料之一。近年来人们主要从提高催化剂活·眭和降低催化剂成本两个方面出发进行了大量的研究，有力地推动了直接甲醇燃料电池的发展。石墨烯作为一种载体材料能够显著提高催化剂的催化活性和稳定性，引起了人们极大的兴趣。介绍了近几年石墨烯在直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体的进展，并对其在未来的应用进行了展望。关键词：DMFC：阳极催化剂；石墨烯中图分类号：TM911文

2、献标识码：A文章编号：1002—087X(2015)04-0769-03ModifiedgrapheneasanodecatalystfordirectmethanolfuelcellZHUYan-xia，HANDa—liang，HUANGCheng-de(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,T~anjinUniversity,Tianji．300072,China)Abstract：Anodecatalystisoneofthekeymaterialsdeterminingth

3、eperformance，longevityandcostofdirectmethanolfuelcell(DMFC)．Inrecentyears，extensiveresearchesefectivelypromotingthedevelopmentofDMFCarecarriedout，andtheseresearchesaremainlyabouttwoaspects：theactivityimprovementofcatalystandloweringthecostofcatalyst．Grapheneasanewc

4、arbonmaterialcansignificantlyimprovetheactivityandstabilityofthecatalyst．TheresearchprogressofmodifiedgrapheneasanodecatalystofDMFCinrecentyearswasreviewedandtheapplicationinthefuturewasprospected．Keywords：DMFC：anodecatalyst；graphene直接甲醇燃料电池具有能量转化效率高，可靠性强，能量学性能。因此在

5、作为催化剂载体方面石墨烯引起了人们广泛密度高，清洁，易启动，无噪音，低辐射，隐蔽性强，模块化结的关注。本文重点论述最近几年石墨烯在直接甲醇燃料电池构，灵活方便，可水、电、热联供等优点，具有广泛的应用前景。阳极催化剂中的应用。直接甲醇燃料电池的性能很大程度上取决于阳极催化剂。催1石墨烯载体化剂的电化学性能基于催化剂的组成，颗粒的大小和载体上研究表明：目前制备以石墨烯为载体的催化剂主要为：(1)纳米颗粒的分散性，这又与催化剂载体材料密切相关，因此载两步法，即先将GO还原为石墨烯，再还原金属催化剂前驱体材料的选择至关重要。体；(2

6、)一步法，即同时还原GO和金属催化剂前驱体。一步法目前直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体有碳材料、过渡制得的催化剂在电化学性能上优于两步法，这是由于GO上金属氧化物、金属载体和导电聚合物等，其中碳材料是最常用的含氧功能基团为金属的沉积提供了更多的活性位，抑制了的。Savinova等【1]的研究表明，碳材料对金属催化剂影响有：(11金属的聚集，使得还原后的金属在石墨烯上更稳定。Lu等嘲通金属颗粒的形貌，粒径及金属纳米颗粒在颗粒生长和团聚方过一步水热方法合成了石墨烯负载PtPd合金纳米粒子。在酸面的稳定性；(2)--元合金的合金化程

7、度；f3)金属与碳载体之性电解液中，与具有相似大小和形状的不含石墨烯载体的Pt．间的相互作用对催化剂的电催化活性有影响；(4)催化剂的利Pd合金纳米粒子和商用Pt／C催化剂相比，PtPd／石墨烯复合用率；(5)催化剂层中的物质传递和导电性。但是传统的碳材料材料对甲醇氧化表现出较好的电催化活性和更高的稳定性，比表面积低，当催化剂负载较高时容易造成催化剂的流失，目几乎没有电化学活性表面积(ECSA)的损失。Awasthi等f31通过前寻找高比表面积碳载体是研究热点之一。石墨烯是由一层微波辅助聚合物还原的两步法制备了PclRu／石

8、墨烯(GNS)，并密集的，包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，内部碳原子由在相同条件下分别将Pd负载在石墨烯和多壁碳纳米管键能很高的大共轭键相连接，厚度仅有0．35nnl，其长程有(MWCNT)I~进行了对比。TEM图像清楚地表明，PdNPs高度序的Ⅱ键电子结构使其具有独特的热学性能、力学性