直接甲醇燃料电池铂/石墨烯电极的制备及电化学性能研究

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直接甲醇燃料电池是一种可再生的绿色能源,其中阳极催化性能是影响直接甲醇燃料电池效率、活性和成本的关键因素。因此开发高效率、低成本的阳极催化剂具有重要意义。本文通过一步法超声制备不同铂负载量的纳米铂/石墨烯材料,系统地研究其对甲醇电催化氧化的电化学性能。主要内容分为:1.采用一步法制备铂负载量为25%纳米铂/石墨烯材料,形貌结构进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征。分别将纳米铂/石墨烯和纯铂滴涂到玻碳电极(GC)表面,得到铂/石墨烯修饰电极(Pt-G/GC)和铂修饰电极(Pt/GC),运用电化学方法研究修饰电极在酸性溶液中对甲醇电催化氧化性能。结果表明:甲醇的催化氧化过程属于扩散控制过程,与Pt/GC相比,Pt-G/GC对甲醇电催化氧化具有更高的活性和稳定性,显著提高电极催化活性表面积和电荷传输及转移性能。2.采用一步法制备不同铂负载量的纳米铂/石墨烯材料,采用XRD和SEM对其结构及微观形貌进行表征,结果表明铂纳米粒子的粒径随铂/石墨烯中铂纳米粒子负载量的增加改变并不显著。将不同铂负载量的铂/石墨烯滴涂到玻碳电极表面,得到不同铂负载量的铂/石墨烯修饰电极(Pt-G/GC),电化学测定结果表明:当铂负载量为40%时,具有最大电化学活性表面积,Pt-G/GC显著提高电极催化活性表面积和电荷传输及转移性能,对甲醇电催化氧化活性最高和稳定性最强,甲醇在铂/石墨烯修饰电极的表面扩散系数为8.52×10-99 cm2·s-1,属于铂/石墨烯最佳负载量的范围。
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