铂钴双金属-石墨烯载体催化剂的高效性能
2016-07-21 13:15来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
不同催化剂催化甲醇的循环伏安图面对日益加剧的能源危机和环境污染, 开发利用高效、清洁的能量转换系统(如燃料电池等)对社会的可持续发展具有重要的意义. 直接甲醇燃料电池(DMFC)因其能量转换效率高、操作温度低、污染排放少、构造简单等优点, 在便携式电子设备领域中具有广阔的应用前景, 而高效催化剂的研发又是甲醇燃料电池得以顺利发展和应用的关键所在.
南京理工大学软化学与功能材料教育部重点实验室汪信的报道了以氧化石墨烯、氯亚铂酸钾以及硝酸钴的混合液作为前驱体, 以硼氢化钠作为还原剂, 采用水热合成法一步制得了石墨烯负载铂钴合金纳米粒子(PtCo/G)催化剂. 通过Ｘ射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱分析(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和能量散射谱(EDS)等分析手段对催化剂的结构、形貌和组成进行了系统的表征.
实验结果表明, 利用水热反应可以在还原氧化石墨烯的同时, 成功将合金纳米粒子负载于单层石墨烯的表面;相比于多壁碳纳米管(MWNTs)作为载体的催化剂, PtCo/G催化剂具有显著增强的分散性; 合金体系中结晶性较好的铂主要以金属形式存在, 而钴主要以氧化物的形式存
在. 这些结构特点赋予了PtCo/G催化剂独特的电化学性能. 研究发现, PtCo/G催化剂的电化学活性表面积可达78.3 m2g-1, 远远高于石墨烯负载铂(Pt/G)催化剂(32.4 m2g-1)和多壁碳纳米管负载铂钴合金(PtCo/MWNTs)催化剂(50.1 m2g-1),说明在石墨烯表面引入金属钴组分不仅可以降低金属铂的用量, 还能明显改善其使用效率.下图是酸性条件下Pt/G, PtCo/G和
PtCo/MWNTs 3种催化剂对甲醇催化氧化的循环伏安图. 由图可知, 相比于Pt/G 和
PtCo/MWNTs催化剂, PtCo/G催化剂不仅呈现出更高的电催化活性(正向峰电流密度为28.0 mAcm-2),而且具有更强的抗中毒能力(正向峰电流密度与反向峰电流密度之比为1.28). 此外, 恒定电位下PtCo/G催化剂在较长的时间范围内始终能保持相对较高的电流密度,说明该催化剂具有良好的电化学稳定性. 同时, 计时电位实验结果显示在恒定的电流强度下, PtCo/G催化剂可以在低电位保持较长的时间, 再次验证了其出色的抗中毒能力.。