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负载Pt纳米晶体的石墨烯电催化剂

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-07-10  浏览次数:399
核心提示:低温燃料电池系统在小型电子产品和电动汽车等领域中是一种很有前景的清洁能源技术。然而,商业铂催化剂在氧还原过程中的缓慢动力
        低温燃料电池系统在小型电子产品和电动汽车等领域中是一种很有前景的清洁能源技术。然而,商业铂催化剂在氧还原过程中的缓慢动力学和较差的稳定性限制了它的实际应用。于是迫切需要寻求稳定和高活性电催化剂,从而实现燃料电池器件的商业化发展和应用。大量实验结果表明铂催化剂表面结构对氧还原过程非常敏感,因此形状和尺寸可控制备的铂纳米结构引起研究者们的广泛关注。特别是在硫酸电解质中,表面由(100)晶面所包围的铂纳米颗粒表现出了比(111)晶面包围的铂纳米颗粒更为优异的电化学氧还原活性。此外,为了降低贵金属铂的用量并同时改善催化性能,负载铂纳米晶体在载体上被认为是最有效的方法。


    制备负载形貌可控的铂纳米晶体通常涉及到两步。首先利用聚合物,表面活性剂或者生物材料实现形貌可控制备铂纳米晶体,然后通过自组装等方法沉积预先制备的铂纳米颗粒到载体上。其中制备和自组装过程都会涉及到表面活性剂或者帽剂的使用。这些试剂的存在有可能覆盖电催化剂的活性点。因此对于实际应用来说,移除制备过程中所残留的大量表面活性剂是非常有必要的。通过高温处理一般可以去除这些有机试剂。但是,高温处理往往会破坏预先制备的铂纳米晶体结构。因此急需开发简单有效的方法制备表面清洁的纳米铂立方体并且同时负载到载体上。这是一项很大的挑战,因为在合成过程中,载体和铂纳米晶体中较强的相互作用会影响最终制备的负载型铂催化剂。

    南洋理工大学化学和生物工程学院王昕课题组针对这一问题,实现一步简单制备尺寸和负载量可控制的铂纳米立方体并且均匀负载在石墨烯上体系中产生的胺基官能团对合成的铂纳米立方体和石墨烯复合催化剂起到决定性的作用。同时这种可溶水的胺官能团非常容易去除从而得到表面清洁的催化剂。和商业铂碳催化剂相比,这种催化剂显示了优异的电化学催化性能。电化学性能的改善归于均匀分布在石墨烯上的铂纳米立方体,和大量能暴露在电解质中的铂(100)晶面。

    相关论文在线发表在Small上。该工作可作为简单有效的方法实现形状和载量控制制备铂纳米立方体,并同时负载到石墨烯上,无疑是对负载型催化剂的制备和应用极有意义的探索。另外这种简单的策略有望扩展到其他种类的金属负载型催化剂,从而促进其在电化学和催化剂领域的发展。

 
 
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