随着不可再生能源的急剧消耗以及众多环境污染问题的出现,人类对“绿色”能源的需求也更加迫切。作为众多“绿色”能源的一种,直接甲醇燃料电池(DMFC)可以将甲醇和氧化剂的化学能直接转化成电能。由于其燃料廉价、结构简单、能量密度和转换率高及近乎零污染等优点,这种燃料电池吸引了众多研究者的关注。目前,直接甲醇燃料电池使用的电极催化剂大多为铂基催化剂,而这种催化剂制备成本高,催化活性及稳定性差,严重阻碍了DMFC的商业化。因此,合成一种具有高催化活性且较为廉价的铂基复合催化剂对DMFC的发展具有较大意义。
近来,基于液相激光熔蚀(Laser ablation in liquids, LAL)技术,中科院固体所研究人员发展了一种简便且“绿色”的合成方法来制备Pt/rGO纳米复合材料。图1(a)显示的是这种复合材料的合成过程示意图。LAL诱导的高活性锰胶体(MnOx)颗粒能均匀的负载在氧化石墨烯(GO)纳米片上,形成MnOx/rGO纳米复合材料。这种高活性的MnOx颗粒不但能作为还原剂同时还原PtCl62-和GO,而且还能作为牺牲模板原位固定被还原的超细Pt纳米颗粒。最终得到的Pt纳米颗粒粒径大约在1.8纳米左右(图1b和c),且均匀地分布在rGO纳米片上。
与商用的Pt/C催化剂相比,无论是在酸性还是碱性介质中,这种Pt/rGO催化剂对甲醇氧化均展现出较高的催化活性(图1d和e)和稳定性(图1f和g)。上述研究结果表明,合成的Pt/rGO催化剂在DMFC方面具有潜在的应用前景,且该合成方法为今后贵金属/石墨烯纳米复合材料的合成提供了一种新的思路。
相关工作已在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上发表(ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 22935-22940)。 该项研究得到了国家重点基础研究发展计划(No. 2014CB931704),国家自然科学基金的支持。
全文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.5b06153
图1. Pt/rGO催化剂:(a)合成过程示意图;(b和c)TEM图片及Pt纳米颗粒的粒径分布直方图;(d和e) 与商用Pt/C催化剂在酸性和碱性介质中催化活性的对比结果;(f和g)与商用Pt/C催化剂在酸性和碱性介质中催化稳定性的对比结果。
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