隨著不可再生能源的急劇消耗以及眾多環(huán)境污染問題的出現(xiàn),人類對“綠色”能源的需求也更加迫切。作為眾多“綠色”能源的一種,直接甲醇燃料電池(DMFC)可以將甲醇和氧化劑的化學能直接轉化成電能。由于其燃料廉價、結構簡單、能量密度和轉換率高及近乎零污染等優(yōu)點,這種燃料電池吸引了眾多研究者的關注。目前,直接甲醇燃料電池使用的電極催化劑大多為鉑基催化劑,而這種催化劑制備成本高,催化活性及穩(wěn)定性差,嚴重阻礙了DMFC的商業(yè)化。因此,合成一種具有高催化活性且較為廉價的鉑基復合催化劑對DMFC的發(fā)展具有較大意義。
近來,基于液相激光熔蝕(Laser ablation in liquids, LAL)技術,中科院固體所研究人員發(fā)展了一種簡便且“綠色”的合成方法來制備Pt/rGO納米復合材料。圖1(a)顯示的是這種復合材料的合成過程示意圖。LAL誘導的高活性錳膠體(MnOx)顆粒能均勻的負載在氧化石墨烯(GO)納米片上,形成MnOx/rGO納米復合材料。這種高活性的MnOx顆粒不但能作為還原劑同時還原PtCl62-和GO,而且還能作為犧牲模板原位固定被還原的超細Pt納米顆粒。最終得到的Pt納米顆粒粒徑大約在1.8納米左右(圖1b和c),且均勻地分布在rGO納米片上。
與商用的Pt/C催化劑相比,無論是在酸性還是堿性介質中,這種Pt/rGO催化劑對甲醇氧化均展現(xiàn)出較高的催化活性(圖1d和e)和穩(wěn)定性(圖1f和g)。上述研究結果表明,合成的Pt/rGO催化劑在DMFC方面具有潛在的應用前景,且該合成方法為今后貴金屬/石墨烯納米復合材料的合成提供了一種新的思路。
相關工作已在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上發(fā)表(ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 22935-22940)。 該項研究得到了國家重點基礎研究發(fā)展計劃(No. 2014CB931704),國家自然科學基金的支持。
全文鏈接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.5b06153
圖1. Pt/rGO催化劑:(a)合成過程示意圖;(b和c)TEM圖片及Pt納米顆粒的粒徑分布直方圖;(d和e) 與商用Pt/C催化劑在酸性和堿性介質中催化活性的對比結果;(f和g)與商用Pt/C催化劑在酸性和堿性介質中催化穩(wěn)定性的對比結果。
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