等离子体技术制备铂镍二元金属/石墨烯纳米复合物及其在燃料电池中的应用

The binary catalyst of Pt and non-precious metal can effectively solve the problem of pure Pt catalyst poisoned, and reduce the amount of Platinum, thereby reduce fuel cell costs. PtNi/Graphene nano-composite materials can improve the efficiency of the fuel cell, which have important applications in aerospace industries, new energy and environmental fields. The mild low temperature plasma is environmental friendly, which will not only maintain the material surfaces properties, effective prepare element metals, but also improve the conductivity of carriers. Through the changing interaction between the metal and the carrier, the special metal-support interface can be obtained, which makes catalysts show good activity. This project uses this technology to graphene surfaces modify the Graphene surfaces and prepare PtNi binary catalyst on the surfaces. Through the research of plasma discharge parameters on effects of PtNi micro physical and chemical forms on grapheme surface, and the relationship between the graphene and PtNi nano particles, the adsorption-deposition association mechanism between metal particles and grapheme will be established. Thus the controllable preparation of PtNi/Gr can be realized, the catalysis will be applied on the direct methanol fuel battery electrodes, to explore of its effect on electro-Catalytic oxidation and clarify the mechanism. Finally, improve battery efficiency.

PtM二元非贵金属催化剂，能有效地解决Pt催化剂中毒的问题以及降低铂的用量，从而降低燃料电池成本。铂镍/石墨烯复合材料则能进一步提高燃料电池的效率，在航天军工、新能源和环境领域有着重要用途。低温等离子体温和有效，且环境友好，能有效还原制备金属单质，还能提高载体导电性，并通过改变金属和载体间的相互作用得到特殊的金属-载体界面，使得催化剂表现出良好的活性。利用这一技术对石墨烯进行了表面改性及在石墨烯的表面还原负载二元铂镍合金，通过研究等离子体放电参数对铂镍在石墨烯表面的微观物理和化学形态的影响，和石墨烯与铂镍纳米粒子之间的相互作用，建立金属粒子-石墨烯载体吸附-沉积之间的关联机制，从而达到可控制备，并将其应用于直接甲醇燃料电池的电极催化剂，探索铂-镍/石墨烯纳米复合物对甲醇电催化氧化性能的影响及其机理，以提高电池效率。

本项目采用低温等离子体技术制备了铂/石墨烯、铂镍/石墨烯、掺杂石墨烯等铂基纳米复合物，并用于甲醇电催化氧化。通过对各类铂基纳米复合物的结构表征，利用电镜技术以及光谱技术研究金属与石墨烯的表面相互作用，以及金属在石墨烯表面的物理结构和微观形态，揭示了等离子体技术制备金属/石墨烯纳米复合物的机理，以及等离子体放电参数如时间、功率以及气体种类对制备体系产生的影响，从而达到贵金属及非贵金属在石墨烯载体上的可控制备。进而将上述材料作为电极，测试了在直接甲醇燃料电池阳极催化剂的电学性能，如催化性能、抗中毒性能和稳定性，为铂/石墨烯系列催化剂的可控制备及在燃料电池中的应用提供了重要参考。研究结果为进一步研究金属/石墨烯材料在能源、催化领域的高效利用奠定了基础。目前已公开发表SCI论文9篇，包括Chem.Soc.Rev., Small, Chem. Comm., Applied physic letters, Electrochimica Acta等高水平杂志，并有多篇论文在审稿中，申请专利3项，于2018年参加了太赫兹与等离子体国际会议，并作了邀请报告。