FePt-石墨烯復合材料的制備及其電催化性能研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池由于其高能量密度、高轉換率、低工作溫度及快速響應等優點而備受關注。然而，在車用電源領域，其性能還有待進一步提高，才能與現有的內燃機相競爭。電化學催化劑是質子交換膜燃料電池的關鍵材料之一。目前，質子交換膜燃料電池主要采用貴金屬鉑作為催化劑材料，從而導致其成本較高，嚴重制約了質子交換膜燃料電池的商業化應用。在催化劑中加入過渡金屬元素形成鉑基二元金屬材料，能夠有效的降低鉑的使用從而減少成本。此外，催化劑載體材料對催化劑的活性

2、和穩定性也起著至關重要的作用。石墨烯由于其優異的電子和力學等性能，使其成為催化劑的理想載體之一。因此，制備了鉑基合金材料(FePt)和石墨烯的復合材料，并研究了其電催化性能。主要內容如下:
　　 首先，通過改進的Hummes’法成功制備了氧化石墨(GO);利用乙二醇為溶劑，通過改變GO的加入量及Fe鹽的加入量，制備了FePt、FePt/rG-O-2、FePt/rG-O-5及Pt/rG-O納米復合材料。通過TEM、EDS、XRD、

3、XPS和Raman對納米復合材料進行表征，結果顯示:大部分GO被還原為石墨烯(rG-O)，且GO和Fe鹽的含量對FePt納米粒子的形貌影響較大。通過調整不同的反應參數，實現了FePt納米粒子和由納米粒子組裝的花狀納米簇在石墨烯上的負載，并對花狀納米簇的形成機理進行了探討。
　　 其次，進一步研究了各種反應參數，如金屬鹽及GO的含量、金屬鹽比例、反應介質的溶劑比、添加還原劑（1、2-十六烷二醇）以及鉑鹽的種類等，來對石墨烯負載Fe

4、Pt納米粒子的影響。實驗結果表明:FePt納米粒子在石墨烯表面的分布密度與金屬鹽的含量以及GO的加入量有關;金屬鹽的比例(Fe∶ Pt)對負載的納米粒子的形貌影響很大;調節反應介質的溶劑比例，可以影響負載的納米粒子的尺寸。
　　 最后，通過循環伏安法、氧還原活性及循環穩定性測試，研究了FePt/rG-O、Pt/rG-O和FePt等納米材料的電化學性能并與商業Pt/C進行了比較。結果顯示:電化學活性順序為FePt/rG-O-2＞F

5、ePt/rG-O-5＞商業Pt/C＞Pt/rG-O＞FePt;各種催化劑材料的電化學穩定性順序為FePt/rG-O-2＞FePt/rG-O-5＞商業Pt/C。這些結果說明FePt/rG-O具有良好的氧還原電催化活性和穩定性。此外，還討論各種催化劑材料的催化甲醇氧化的活性影響。
　　 本論文通過一步法在不添加表面活性劑的條件下成功制備了FePt/石墨烯材料，可以得到具有不同納米結構（粒子狀和花簇狀的）的FePt粒子負載在石墨烯片上