Pd/石墨烯的原位Fe牺牲模板法制备及电催化甲酸氧化性能

石墨烯具有独特的结构和性质是燃料电池贵金属催化剂优良的载体材料。本项申请拟在前期原位自生模板法制备高质量石墨烯基础上，利用密堆积铁粒子的限域、择型作用和高温下Fe3C的生成-分解过程，制备Fe/石墨烯复合体。以原位形成的Fe为牺牲模板，与Pd离子置换制备Pd/石墨烯复合体。原位自生模板法制备的石墨烯具有优异的导电性可以使置换反应在石墨烯上均匀进行，从而实现Pd粒子在石墨烯上的均匀担载。调节制备参数(溶剂、Fe量等)，以实现对Pd粒子尺寸、形貌的调控。借助TEM、XAFS及导电AFM等方法给出材料结构、组分间相互作用及导电性等信息。采用循环伏安等电化学方法研究复合体对甲酸氧化反应的电催化性能。结合结构表征及电化学测试结果，深入分析材料结构与电催化性能之间的关系。本项研究将提供一种可控制备Pd/石墨烯的有效方法，为提高金属Pd催化活性和利用效率以推动其在燃料电池领域的应用提供一些实验依据。

本项研究以提高Pd颗粒催化活性和利用效率为导向，设计合成高电催化活性Pd/石墨烯催化材料。在本项目支持下，共发表SCI收录的论文30余篇，论文成果论文成果被SCI收录国际期刊引用引用400多次，顺利的完成了项目的研究任务。利用原位自生模板法制备的石墨烯以及还原氧化石墨烯为载体，合成了Pd/石墨烯催化剂，提高了Pd纳米颗粒的催化甲酸电氧化性能。并通过引入过渡金属碳化物为助催化剂使金属催化剂催化活性和稳定性进一步提高。同时，基于过渡金属氮化物和碳化物结构的相似性，本项研究还发展了氮化物/碳复合载体的制备方法，使得小尺寸的氮化物 （WN，VN）与石墨碳成功复合，尤其是发展了以多酸簇为母体制备小尺寸、高分散的WN （2-3 nm）的方法。在使小尺寸碳(氮)化物与碳载体有效复合基础上，探索了其与贵金属的协同催化作用，在显著降低贵金属用量的同时提高其催化活性。还开发了性能优异的低Pt负载量、非贵金属乃至非金属氧还原催化剂。结合理论计算和同步辐射实验方法探讨了材料性能增强机制。培养硕士研究生5名。