非共价修饰石墨烯负载的高稳定Pt电催化剂的制备与性能研究

基本信息
批准号:21201146
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:马俊红
学科分类:
依托单位:新疆大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李丽,如仙古丽·加玛力,陈凤娟,鲁振江,樊剑章
关键词:
石墨烯非共价修饰稳定性Pt电催化剂
结项摘要

Fuel cells are expected to be a main source of clean energy in the future, due to their advantages of high power density and environmental-friendly emissions. However, the poor durability of Pt electrocatalysts has greatly restricted the broad-based application of the fuel cells. Taking the advantage of superior electrochemical stability of the graphene materials, the current project plans to prepare polymer-modified graphene materials with varied surface structures and chemical properties by using the noncovalent method of functionalization, which is important for preserving the intrinsic structure of the graphene. By loading Pt or Pt-based alloy nanoparticles onto the as-prepared polymer-modified graphene, Pt/graphene nanocomposite catalysts (denoted as Pt/GR-P) would then be obtained. We intend to investigate the effect of the types of polymers used in the nonconvalent functionalization on the structure/properties of active component Pt as well as the interactions between Pt and polymer-modified graphene, in a hope to develop efficient synthetic approaches to prepare durable Pt-based electrocatalysts with polymer-modified graphene as support. Furthermore, the electrocatalytic performance of Pt/GR-P for anodic oxidation of hydrogen/methanol and cathodic oxygen reduction would also be investigated, aiming to establish the fundamental correlationships between the catalytic behavior and composition/structure of the electrocatalysts. The current proposal has the potential to develop some novel nanostructures and catalytic systems as highly durable electrocatalysts for fuel cells, which would be of significance in promoting the broad-based applications of fuel cells.

燃料电池因比能量密度高、环境友好等特点被视为未来主要的清洁能源。目前,燃料电池采用的Pt电催化剂较差的稳定性是限制其大规模应用的主要因素之一。本项目拟从具有高电化学稳定性的石墨烯材料入手,首先采用不同聚合物分子对石墨烯表面进行非共价修饰,在不破坏石墨烯本征结构情况下,合成具有不同表面结构和性质的高稳定石墨烯材料;然后以上述石墨烯作为载体制备碳负载型Pt基电催化剂,考察不同非共价修饰分子对活性组分Pt的结构和性质以及Pt与石墨烯之间Pt-C相互作用的影响规律,探索具有高电化学稳定性的非共价修饰石墨烯负载Pt电催化剂的制备方法;此外,通过考察其对氢气,甲醇等小分子氧化反应及氧气还原反应的电催化性能,尝试建立催化剂组成、结构和性能之间的构性关系。本项研究不但有望发现几种具有优越电化学稳定性的燃料电池电极催化剂的新体系与新结构,而且对促进燃料电池的大规模应用具有重要意义。

项目摘要

以苯胺(ANI)及聚苯胺(PANI)对还原氧化石墨烯(RGO)进行非共价修饰,并以其为载体负载Pt制备了Pt/ANI-RGO和Pt/PANI-RGO催化剂。结果显示,ANI及PANI对RGO进行修饰能明显减小Pt纳米颗粒的尺寸和分布范围;ANI及PANI的引入,提高了催化剂Pt的电化学活性面积,所制备的Pt/ANI-RGO和Pt/PANI-RGO催化剂对甲醇氧化的催化活性(125.6 A·g-1和86.4 A·g-1)要高于Pt/RGO催化剂(77.3 A·g-1),但ANI及PANI对RGO的修饰对RGO负载的Pt电催化剂的催化稳定性造成下降。. 采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)非共价修饰的RGO为载体,以其负载Pt得到Pt/PVP-RGO催化剂。结果显示,Pt/PVP-RGO催化剂表面的Pt颗粒分布均匀、尺寸较小;相对于Pt/RGO催化剂而言,PVP的加入,对Pt/PVP-RGO催化剂甲醇氧化活性无显著改善;但Pt/PVP-RGO催化剂的稳定性(下降51 %)明显高于Pt/RGO催化剂(下降62 %),PVP的存在对催化剂稳定性的提高有一定的积极作用。.利用甲基紫精(MV)非共价功能化RGO,并以其负载Pt制备了Pt/MV-RGO纳米催化剂。结果表明,Pt/MV-RGO催化剂表面的Pt颗粒分布状况和尺寸大小有明显改善;Pt/MV-RGO催化剂的电化学活性面积为24.7 m2·g-1,是Pt/RGO的3倍;同时,Pt/MV-RGO催化剂催化甲醇氧化的电流密度为221.4 A∙g−1,是Pt/RGO的2.6倍;在氧还原反应中Pt/MV-RGO催化剂亦有着较高的催化活性,Pt/MV-RGO催化剂的稳定性也较好。. 采用高温热解聚苯胺修饰的氧化石墨烯(PANI-GO),通过改变氧化石墨烯与苯胺(GO/ANI)的质量比,制备了一系列氮掺杂还原氧化石墨烯碳材料(N-RGO),以其负载Pt合成了Pt/N-RGO纳米结构电催化剂。采用透射电镜(TEM)、X射线衍射谱(XRD)、拉曼光谱(Raman)及X射线光电子能谱(XPS)等技术对Pt/N-RGO的形貌及结构进行表征。用循环伏安和计时电流等电化学技术研究了Pt/N-RGO电极催化剂对CO溶出反应和甲醇电氧化反应的催化性能。发现GO/ANI质量比为1:1.3时所制备Pt/N-RGO(1:1.3)催化剂显示出最好的抗CO

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
3

Synergistic effect enhances the peroxidase-like activity in platinum nanoparticle-supported metal–organic framework hybrid nanozymes for ultrasensitive detection of glucose

Synergistic effect enhances the peroxidase-like activity in platinum nanoparticle-supported metal–organic framework hybrid nanozymes for ultrasensitive detection of glucose

DOI:10.1007/s12274-021-3406-z
发表时间:2021
4

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1374
发表时间:2020
5

Wnt 信号通路在非小细胞肺癌中的研究进展

Wnt 信号通路在非小细胞肺癌中的研究进展

DOI:
发表时间:2016

马俊红的其他基金

相似国自然基金

1

石墨烯负载纳米Co基催化剂的可控制备与催化性能

批准号:11464051
批准年份:2014
负责人:廖清
学科分类:A20
资助金额:34.00
项目类别:地区科学基金项目
2

Pt/石墨烯的可控制备及其对阴极催化剂性能的影响机制

批准号:21106024
批准年份:2011
负责人:张生
学科分类:B0809
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

离子液体电沉积Pt/改性石墨烯的形成机理与催化性能研究

批准号:51604102
批准年份:2016
负责人:刘丽来
学科分类:E0410
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

蒽醌及其衍生物非共价功能化还原氧化石墨烯的制备与超电容性能

批准号:21563027
批准年份:2015
负责人:胡中爱
学科分类:B0905
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目