富勒烯纳米材料的制备：用于燃料电池的研究

作为碳家族的新成员，富勒烯(C60)的应用一直受到关注，有待于进一步研究、开发。本项目提出发展新的制备方法，将C60分子进一步组装成纳米或微米材料，开发C60在燃料电池的应用。所制备的纳米材料应具有大的表面积，高的导电性能，降低C60作为电极基底的成本。C60分子在纳米材料中不聚合，沉积其表面的金属具有高的催化性能，所制备的电极的催化性能应高于已有的Pt/碳纳米管及Pt/商业碳材料。前期工作证明，可以借鉴已有的制备其它纳米材料的方法制备新型的C60纳米材料，制备三维或更复杂的C60纳米材料，或将一维的纳米材料进一步组装。将制备方法延伸到C60衍生物及金属内嵌富勒烯纳米材料的制备，从理论上研究制备机理，扩大应用领域，为推动富勒烯的研究与应用作出贡献。

碳材料，包括新发展的富勒烯，碳纳米管以及石墨烯已经成为目前研究的热点之一。其中，作为碳家族的相对老成员，富勒烯(C60)的应用一直受到关注，有待于进一步研究、开发。本项目提出发展新的制备方法，将C60分子进一步组装成纳米或微米材料，开发C60在燃料电池的应用。所制备的纳米材料应具有大的表面积，高的导电性能，降低C60作为电极基底的成本。C60分子在纳米材料中不聚合，沉积其表面的金属具有高的催化性能，所制备的电极的催化性能应高于已有的Pt/碳纳米管及Pt/商业碳材料。在后期工作中，我们进一步加入了新型的碳材料，石墨烯，制备了Pt/石墨烯复合材料，制备了杂原子掺杂的石墨烯材料，为推动燃料电池的快速发展作出贡献。. 利用“物理超声”法制备了大面积、纯的C60空心纳米碗，并且控制条件制备了系列C60的纳米棒、纳米线、纳米盘和纳米环等。其中C60空心纳米碗作为燃料电池电极催化剂的支持物具有较好的应用前景：由于其表面积大，沉积于其表面的金属催化剂的纳米颗粒具有较高的分散性。与实心的C60纳米球相比，C60空心纳米碗有利于提高金属的催化性能及节省C60的用量，在甲醇氧化燃料电池中表现出良好的性质。利用电化学方法，制备了IrOx[m]-Au花朵状复合物，IrO2的纳米管阵列，对水的氧化表现了很高的催化性能。利用三步法制备了石墨烯与Pt纳米颗粒插层的复合物，该复合物由于保持了石墨烯高度的导电性能，因此，对甲醇氧化的催化性能比单纯将Pt沉积到石墨烯片上高很多，展示了其在燃料电池的重要前景。在乙腈溶液中电解CoCl2溶液，首次得到N掺杂的CoO纳米材料(N-CoO)，对氧的还原起到明显的催化性质，解决了不用贵金属在燃料电池中作催化剂的问题，展示了良好的用途。利用电化学方法，制备了B掺杂的石墨烯量子点，对氧的还原表现了良好的催化性质。.三年来，在Carbon, Chem. Eur. J., Chem. Commun., Electrochem. Acta, J. Mater. Chem., J. Electroanal. Chem.等杂志上发表14篇文章，参加国际会议4次，在ChinaNANO 2013作邀请报告，在第17届全国电化学会上作分会主题报告。2011年以来，毕业6位硕士生，三位博士生。