氮摻雜石墨烯-Pt-Sn復合材料制備及電催化性能研究.pdf

1、隨著化石燃料的匱乏和環(huán)境污染問題的持續(xù)加劇，直接乙醇燃料電池（DEFCs）作為具有高的能量轉化效率和無污染的一種潛在能源裝置，倍受矚目。然而，高成本、低性能陽極催化劑的研究現(xiàn)狀制約了直接燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化。近年來，石墨烯(Graphene)由于具有超高的比表面積、優(yōu)異的電導性、良好的化學穩(wěn)定性以及豐富的摻雜特性等特點，因此已成為直接乙醇燃料電池的一種理想支撐材料，可以用來構建高效的復合催化劑。大量的文獻以及實驗研究表明，氮摻雜石墨烯

2、（NG）作為鉑（Pt）或Pt基催化劑的支撐材料能夠在一定程度上提高氧還原催化能力。氮摻雜石墨烯的含氮官能團為貴金屬顆粒提供額外的錨定位，從而使更多的金屬粒子負載到石墨烯片層上，從而提高Pt的利用率。氮摻雜石墨烯的含氮量也影響著催化劑的形貌、金屬納米顆粒的分散性和粒徑大小，這在一定程度上影響了燃料電池的電催化性能。另外，為了提高Pt催化劑的抗CO中毒性、降低成本，會向Pt中摻入其他過渡金屬，合成二元或三元復合催化劑，以推動直接乙醇燃料電池

3、的進一步商業(yè)化應用。
　　因此，為了降低成本并提高催化效率，本實驗主要使用水合肼還原由改進的Hummers法制備出的氧化石墨烯，并同時進行摻雜制得一系列不同含氮量的還原氧化石墨烯，再去負載由乙二醇還原金屬前驅體而得到的Pt-Sn金屬顆粒，一步還原并摻雜制備出氮摻雜石墨烯基Pt-Sn催化劑（Pt-Sn/G-N）。對催化劑的結構、形貌和成分進行了表征，并對含氮量對催化劑電催化性能的影響進行了一定的研究。
　　結果表明：當氧化石墨

4、烯（GO）與水合肼質量比為1:7時，所合成的催化劑Pt-Sn/G-N(1:7)的含氮量最高，N/C原子數(shù)比值達到1:10；金屬顆粒均勻的負載到石墨烯表面，平均粒徑最小，為1.8 nm；催化劑中Pt、Sn含量都各自達到最大，其總的金屬負載量達到77.6％；相比其它摻氮催化劑以及未摻氮的催化劑，Pt-Sn/G-N(1:7)對乙醇的電催化性能具有最高的催化活性和穩(wěn)定性。這是由于氮元素摻入的越多，金屬納米顆粒形核位點越多，能負載更多均一且尺寸較