铂基石墨烯燃料电池催化剂的制备、表征及性能研究

【摘要】：质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、清洁、安全的新型发电方式。目前，PEMFC催化剂主要使用碳载Pt或Pt基复合型催化剂。本论文通过更换新型碳载体，添加辅助催化剂，较大的提高了PEMFC催化剂的电催化性能。通过AFM、Raman、TEM、XRD、SEM、CV等方法，对催化剂的物相组成、形貌、结构、电化学性质进行了研究。结果表明： (1)以天然石墨(SP-1)为原料，采用改进的Hummer法制得了氧化石墨烯(GO)。通过硼氢化钠还原-冷冻干燥法制备了Pt/石墨烯催化剂样品，对样品在N2气氛下进行了热处理。研究了热处理前和热处理后的样品对酸性甲醇的电催化氧化活性及稳定性。结果表明，Pt/石墨烯样品对电催化氧化甲醇有较好的催化活性，经过热处理后样品的催化活性有了明显的提高，催化剂的电化学稳定性较好。 (2)通过硼氢化钠还原-冷冻干燥法制备了Ni-Pt/石墨烯催化剂样品，改变反应溶剂制备了Ni-Pt/石墨烯催化剂样品。研究了不用溶剂、不同比例的Ni-Pt/石墨烯样品对甲醇的电催化氧化活性。结果表明，以水为溶剂制备的Ni-Pt/石墨烯催化剂样品对甲醇具有较高的电催化氧化活性，优于Pt/石墨烯催化剂的催化性能。以醇水混合溶液为溶剂制备的Ni-Pt/石墨烯催化剂样品对甲醇的电催化氧化活性明显高于以水为溶剂制备的样品。 (3)通过硼氢化钠还原-冷冻干燥法制备了Cu-Pt/石墨烯催化剂样品。研究了不同比例的Cu-Pt/石墨烯样品对甲醇的电催化氧化活性。结果表明，当Cu与Pt的摩尔比例为1:1时，Cu-Pt/石墨烯样品对甲醇的电催化氧化活性最强。 本论文创新之处：1、热处理后的Pt/石墨烯催化剂对甲醇的电催化氧化活性有了较大的提高。2、制备的Ni-Pt/石墨烯催化剂对甲醇的电催化活性比纯Pt/石墨烯催化剂有了明显的提高，更换反应溶剂后制备的样品的电催化活性有了进一步的提高。