铂钴双金属-石墨烯载体催化剂的高效性能
石墨烯在催化方面的应用
石墨烯在催化方面的应用1、石墨烯纳米光催化复合材料的研究纳米材料被认为是“二十一世纪最有前途的材料”。
石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列成的二维蜂窝状晶格结构的纳米材料,由于它具有特殊的纳米结构以及优异的性能,石墨烯的复合材料已在电子学、光学、磁学、生物医学、催化等诸多领域显示出了巨大的应用潜能。
光催化技术具有工艺简单,能耗低,操作条件容易控制和降解彻底的特点,被认为是具有良好发展前景的环保新技术。
以光催化剂/石墨烯纳米复合材料为研究对象,通过不同的复合工艺,制备了三种石墨烯纳米复合材料。
1）以天然鳞片石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨,并用热剥离成石墨烯,或者利用超声波分散剥离为氧化石墨烯,再化学还原成石墨烯。
2）二氧化钛/石墨烯纳米复合材料，二氧化钛和石墨烯复合效果较好。
3）以氧化石墨烯为基体,醋酸锌为锌源,采用溶胶法制备了氧化锌/石墨烯纳米复合材料。
研究发现了石墨烯的光催化性能,结果表明石墨烯/氧化锌有较高的催化效率,可以测定复合材料的荧光效应。
2、石墨烯负载Pt催化剂的催化氧化发光性能Pt纳米颗粒可以很好地分散在石墨烯表面,因此合成了石墨烯负载Pt纳米颗粒的Pt/石墨烯催化剂.并有较快的催化反应速率,Pt颗粒越小催化发光强度越大。
当不同Pt负载量(0.4%-1.6%(w,质量分数)的催化剂作用于40%(φ,体积分数)以下浓度的CO/空气体系时,产生的催化发光强度均与CO浓度成正比。
该催化剂在一定条件下,不但对CO氧化有较好的催化发光性能,还对乙醚、无水甲醇和甲苯有不同程度的催化氧化发光活性;但二氧化碳、甲醛、戊二醛、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、水蒸气均无响应信号。
3、与传统的Pd/Vulcan XC-72相比,Pd/石墨烯催化剂对碱性介质中乙醇电氧化的催化活性有了极大的提高，石墨烯-SnO2复合物（SnO2-GNS）可以负载高分散的Pd作为纳米颗粒催化剂，电化学测试表明,与Pd/石墨烯（Pd/GNS）相比,Pd/SnO2-GNS 催化剂对乙醇电氧化的催化活性有了很大的提高。
石墨烯负载铂铅氧化物的制备及电催化性能研究
石墨烯负载铂铅氧化物的制备及电催化性能研究LI Yuechan;LI Rongwen;YU Peikai;YUAN Kunhua;LIN Guangming;LI Yongkun【摘要】铂金属是燃料电池催化剂的主要活性位点,表面修饰和载体优化是提高铂基催化剂催化活性的常用方法.选用还原氧化石墨烯(RGO)作为载体,Pt-PbO2纳米复合材料作为ORR的催化活性位点,采用两步合成法制备比表面积大和高分散性的Pt-PbO2/RGO复合材料.XPS表征结果说明,Pt-PbO2/RGO复合材料中的铂金属电子结构因PbO2的加入发生了变化.电化学性能测试结果说明,Pt-PbO2/RGO复合材料(半坡电位为0.89 V)作为一种ORR催化剂具有优异的催化活性.电化学稳定性测试结果证明,Pt-PbO2/RGO复合材料具有较为稳定的性质.【期刊名称】《西华师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】7页(P124-130)【关键词】二氧化铅;氧还原反应;石墨烯;直接碱性燃料电池【作者】LI Yuechan;LI Rongwen;YU Peikai;YUAN Kunhua;LIN Guangming;LI Yongkun【作者单位】;;;;;【正文语种】中文【中图分类】N33燃料电池为能源存储与使用提供了可能性，为了降低燃料电池电极上反应的活化能，都需要添加一定量的催化剂来达到提高电化学反应速率的目的[1-3]。
因此，高性能催化剂的研究与使用对于燃料电池的商业化发展有着举足轻重的作用。
目前，因铂金属的特殊活性，铂基催化剂是燃料电池的首选催化剂。
然而，铂的价格昂贵、稳定性差等缺点成为了铂基催化剂广泛使用的绊脚石。
所以，在铂基催化剂的研究方面，科学家们尝试利用“协同效应”来提高铂基催化剂的催化活性，并降低铂金属的使用量[4-5]。
除了双金属的合金协同作用，也有些学者利用活性金属与金属氧化物之间的协同作用来制备二元复合催化剂。
石墨烯作为催化剂的研究
石墨烯作为催化剂的研究石墨烯是一种具有独特性质和广泛应用前景的材料，其在催化剂领域中也受到了越来越多的关注。
本文旨在探讨石墨烯作为催化剂的研究进展。
一、石墨烯的催化剂应用石墨烯具有高比表面积、优异的导电性、化学稳定性和热稳定性等特点，使其成为理想的催化剂载体。
同时，石墨烯的π电子结构也为其赋予了一定的催化活性和选择性，这使得石墨烯催化剂在环境保护、能源转化、有机合成等领域具有很大的应用潜力。
以环境保护领域为例，石墨烯催化剂可以用于水处理、空气净化、废气处理等方面。
石墨烯的高比表面积使其可以吸附和活化污染物，其优异的导电性和选择性使其可以用于电化学催化转化。
此外，石墨烯还可以用于固体废物的资源化利用，例如将二氧化碳转化为有用的化学品，实现“废为宝”的循环利用。
二、石墨烯催化剂的制备方法传统的催化剂制备方法主要是物理和化学方法，如沉淀法、共沉淀法、还原法、溶胶-凝胶法等。
然而，这些方法存在制备难度大、成本高等问题。
而石墨烯作为催化剂载体的制备方法也在不断创新和完善中。
在成品石墨烯的制备方面，化学气相沉积(CVD)和化学还原法是目前应用较为广泛的方法。
而对于制备石墨烯催化剂，较常用的方法包括溶液还原法、热化学还原法、等离子体还原法等。
三、石墨烯催化剂的应用研究1. 氧还原反应(ORR)氧还原反应是石墨烯催化领域的重要应用之一。
传统的催化剂如铂、钯等在氧还原反应中具有很高的催化活性和选择性，但价格昂贵，而石墨烯催化剂则可以替代这些昂贵的催化剂。
石墨烯催化剂的氧还原反应机理主要是电化学过程和非电化学过程两种。
电化学过程以石墨烯材料本身作为催化剂，而非电化学过程则是利用石墨烯载体作为基底，通过调控表面活性位点等方式实现催化反应的进行。
2. 二氧化碳还原反应(CO2RR)二氧化碳还原反应是一种环保型的反应，可以将二氧化碳转化为有用的化学品。
然而，这种反应具有较高的能峰和较弱的结合能，传统催化剂如铜、钴等催化活性较低，而石墨烯催化剂则以其优异的导电性、热稳定性和电子传输能力等优点具有很大的应用潜力。
石墨烯负载铂基催化剂的制备及其对甲醇的电催化性能
单 一金属 的 Ｐ ｔ ／ Ｇ ｒ 相比， Ｐ ｔ Ｃ ｅ ／ Ｇ ｒ 对 甲醇具 有更 高的活性 和稳 定性 。 不 同配 比 Ｐ ｔ Ｃ ｅ ／ Ｇ ｒ 合金 催 化 剂
对 甲醇 电氧 化催化 活性顺序 为 Ｐ ｔ ３ Ｃ ｅ ７ ／ Ｇ ｒ＞ Ｐ ｔ ７ Ｃ ｅ ／ Ｇ ｒ＞ Ｐ ｔ Ｒ Ｃ ｅ ， ／ Ｇ ｒ＞ Ｐ ｔ ／ Ｇ ｒ 。 由各 个催化 剂在 甲
Ｓｕ ｐ ｐｏ ｒ ｔ ｅ ｄ Ｐｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｕｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ Ｃａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ
Ｌ Ｕ Ｌ ｅ ｉ ｌ ｅ ｉ ，ＤＵ Ｂａ ｏ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｊ ｉ ｅ （ Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ４ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ（ Ｇ Ｏ）ｗ ａ ｓ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｈ ｕ ｍ ｍｅ ｒ ｓ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ
行物理表征 ， 用电化学方法研 究了催化剂对甲醇的电催化氧化性能。Ｔ Ｅ Ｍ 结果表明以石墨烯 为载 体 制备 的 Ｐ ｔ ／ Ｇ ｒ 和Ｐ ｔ Ｃ ｅ ／ Ｇ ｒ 催化 剂 分散 良好 ， 催化 剂 粒径 分别 为 ２ ． ２ ｎ ｍ和 ２ ． ５ ｎ ｍ。与 Ｘ Ｃ － ７ ２为栽
体 制备 的催 化剂相 比 ， 在对 甲醇 电氧 化 的性 能上 Ｐ ｔ ／ Ｇ ｒ 比Ｐ ｔ ／ Ｘ Ｃ － ７ ２的催 化 活性 和 稳 定性 更 高 。与
石墨烯在催化领域中的应用研究
石墨烯在催化领域中的应用研究石墨烯是一种具有极高导电性和导热性能的材料，同时也是一种具有高度化学稳定性和机械强度的材料。
这些特性使得石墨烯在许多领域具有广泛的应用前景，其中催化领域是一个备受关注的领域。
本文将就石墨烯在催化领域中的应用研究展开论述。
一、石墨烯在催化剂载体领域中的应用催化剂是一种能加速化学反应的物质，通常需要将催化剂固定在载体上来增加其稳定性和使用寿命。
石墨烯具有大量的可接触表面，可用作催化剂载体，使催化剂更加稳定和高效。
石墨烯作为载体的优点主要有两个方面。
一方面，由于石墨烯具有高度的化学稳定性，可防止催化剂的氧化或还原反应而失去活性。
另一方面，石墨烯具有高度的导电性和导热性能，可促进反应物的传递和吸附，增加催化剂的活性。
石墨烯作为载体的最新研究成果之一是将钯催化剂固定在石墨烯上，用于催化芳烃化学反应。
石墨烯的高导电性和导热性能使得催化剂更加稳定，同时具有较高的催化活性和选择性，成功催化了苯和苯乙烯等芳烃的反应。
二、石墨烯在电催化领域中的应用电催化是一种利用电流来推进催化化学反应的方法。
与传统的催化方法相比，电催化方法具有更高的反应选择性和催化效率，同时还可以减少催化剂的使用量。
石墨烯在电催化领域中的应用主要在于利用其高导电性质，将其作为电极材料用于电化学反应。
石墨烯电极具有高度的催化活性和选择性，可以被用于许多电化学反应，包括水的电解、水中氧气的还原、二氧化碳的还原等。
近年来，许多研究表明，将石墨烯与其他催化剂共同应用于电催化反应中，可以显著提高其反应活性和选择性。
例如，将铜催化剂与石墨烯材料结合使用，可以刺激二氧化碳还原反应的发生，从而制备出汽油类有机化合物。
三、石墨烯在氧化亚氮物质中的应用氮氧化物是一种有害的污染物，会对大气和水源造成严重的污染。
防止氮氧化物的产生和净化污染物是环保领域的一项重要任务。
石墨烯可以作为一种催化剂来促进对氮氧化物的降解。
石墨烯作为催化剂具有大量的可接触区域和高度的化学稳定性，可以促进氧化亚氮物质的分解反应。
利用石墨烯制备新型催化剂
利用石墨烯制备新型催化剂石墨烯作为一种具有很高热导率和电导率的材料，近年来受到越来越多的关注。
石墨烯具有单层结构，可以用于制备各种不同形态的纳米结构材料。
因此，石墨烯可以应用于制备新型催化剂。
催化剂是一种能够提高化学反应速率的材料。
传统的催化剂通常使用贵重金属，例如铂、钯等来催化化学反应。
然而，这些贵重金属催化剂的成本很高，并且可能会对环境造成负面影响。
因此，我们需要寻找新型的、更便宜的、更环保的催化剂。
石墨烯作为一种新型材料，具有单层结构，大表面积和高电导率。
这些特性都有助于制备高效、低成本的催化剂。
事实上，已经有很多研究表明，石墨烯可以应用于催化氧还原反应、二氧化碳还原反应、氧化反应等多种反应。
在催化氧还原反应方面，石墨烯被用作一种催化助剂，能够提高百分之十几甚至百分之二十的电化学效率。
石墨烯可以用来制备铂基的催化剂，从而降低了铂催化剂的成本。
此外，在催化燃料电池反应方面，石墨烯催化剂在水分解反应、甲醇电氧化反应等方面也表现出极好的催化效果。
除了在氧化还原反应中应用之外，石墨烯还可以用于催化二氧化碳还原反应。
这种反应可以将二氧化碳转化为有用的化学品，例如甲酸、甲醇等。
石墨烯催化剂在这种反应中可作为还原剂，在条件较为温和的情况下实现高选择性的二氧化碳还原。
同时，石墨烯催化剂还可以应用于氧化反应。
例如，将石墨烯作为催化剂可以促进环氧烷分子和四氯化钛的反应，从而产生环丙烷二酸二甲酯。
此外，石墨烯还可以催化氧化苯甲酸甲酯转化为苯甲酸甲酯，具有较高的催化效率。
总的来说，石墨烯作为一种新型材料，有着很高的应用潜力。
石墨烯可以用于制备不同形态的纳米结构材料，这一点在制备催化剂方面非常有用。
利用石墨烯制备催化剂具有成本低、环保等优点。
虽然石墨烯催化剂的应用仍然处于探索阶段，但是相信未来必定会有更多的研究成果推出。
《铂-金属氮化物—氮掺杂石墨烯二维多层结构催化剂的构筑及醇电催化氧化性能研究》范文
《铂-金属氮化物—氮掺杂石墨烯二维多层结构催化剂的构筑及醇电催化氧化性能研究》篇一铂-金属氮化物—氮掺杂石墨烯二维多层结构催化剂的构筑及醇电催化氧化性能研究一、引言随着能源危机和环境污染的日益严重，开发高效、环保的能源转换技术成为了当前研究的热点。
在众多能源转换技术中，醇类电催化氧化因其高效、环保等特性受到了广泛关注。
其中，催化剂是影响醇类电催化氧化性能的关键因素之一。
近年来，铂/金属氮化物—氮掺杂石墨烯二维多层结构催化剂（以下简称“氮化物-石墨烯催化剂”）因其良好的电催化性能和稳定性成为了研究的热点。
本文旨在研究该催化剂的构筑方法及其在醇电催化氧化中的应用性能。
二、氮化物-石墨烯催化剂的构筑2.1 材料选择与制备本文选用铂、金属氮化物（如钛、锆等）和氮掺杂石墨烯作为主要材料。
首先，通过化学气相沉积法或还原氧化法合成氮掺杂石墨烯；其次，利用物理气相沉积法或溶液法将铂纳米颗粒和金属氮化物负载在氮掺杂石墨烯上，形成二维多层结构。
2.2 催化剂表征采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等技术对催化剂进行表征。
结果表明，该催化剂具有二维多层结构，铂纳米颗粒和金属氮化物均匀分布在氮掺杂石墨烯上，且催化剂具有良好的结晶度和分散性。
三、醇电催化氧化性能研究3.1 实验方法采用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）等电化学方法，在碱性或中性电解质中测试催化剂对醇类（如甲醇、乙醇等）的电催化氧化性能。
同时，通过对比实验，分析不同催化剂的电催化性能差异。
3.2 结果与讨论实验结果表明，氮化物-石墨烯催化剂对醇类电催化氧化具有较高的活性和稳定性。
与传统的铂基催化剂相比，该催化剂在醇类电催化氧化过程中表现出更高的电流密度和更低的过电位。
此外，该催化剂还具有良好的抗中毒能力和循环稳定性。
通过分析催化剂的构效关系，发现氮掺杂石墨烯的引入提高了催化剂的导电性和亲水性，有利于反应物的传输和催化剂的利用；而金属氮化物的加入则提供了更多的活性位点，促进了醇类的吸附和活化。
直接还原法制备石墨烯载体提升铂催化剂性能
直接还原法制备石墨烯载体提升铂催化剂性能2016-07-15 13:04来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部铂催化剂、石墨烯的XRD图谱燃料电池催化剂载体应具备良好的电子传导能力、较大的比表面积、合理的孔结构以及优异的抗腐蚀性能. 因而, 最常见的燃料电池催化剂载体为碳材料, 如碳黑、碳微球、碳纤维、碳纳米管等. 2004年, 英国科学家发现了由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料——石墨烯(graphene, 简写为Gr).与其它碳材料相比, Gr由最稳定的苯六元环组合而成, 具有更大的理论比表面积(约为2630m2·g-1)和更好的电子传导能力(约为2×105cm2·V-1·s-1),更适宜作为燃料电池催化剂载体.Yoo等通过剥落晶体石墨获得石墨烯片, 以[Pt(NO2)2(NH3)2]络合物为前驱物, 在400℃,Ar/H2(4:1体积比)气氛下热处理2h, 获得Pt/Gr催化剂. 该催化剂对甲醇具有一定的抗毒化能力, 但催化剂分散性不理想. Pasricha等在高温的碱性条件下, 氧化石墨(GO)与Ag+发生氧化还原反应生成Ag和氧化石墨烯(GrO), 再通过水合肼对其还原, 制备得Ag-Gr催化剂. 该方法由于经过GO和GrO步骤, 破坏了Gr的大π共轭结构, 使其导电性及其他性能明显降低.温祝亮等以Hummers法液相氧化合成的GO为载体前驱物, 借助硼氢化钠常温还原法制备了质量分数为20%的Pd/Gr催化剂. 同样地,Hummers法制备GO的过程, 破坏石墨片C原子的sp2结构, 导致石墨片原有的物理和化学性能受到影响, 特别是石墨的导电性将受到很大的影响, 从而影响催化剂的导电性.重庆大学魏子栋等人采用直接化学还原法, 以金属钠为还原剂, 四氯乙烯为碳源, 在石蜡油中不经氧化石墨(GO)和氧化石墨烯(GrO)而直接制备石墨烯(Gr), 然后将Pt纳米粒子担载在Gr基体上, 得到Pt/Gr催化剂, 并对其催化氧还原(OR)性能进行了研究. 通过X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM)和电化学测试对合成催化剂的结构、形貌和电化学性质进行了表征.实验结果表明:所制备的Pt/Gr催化剂具有较好的分散性, 平均粒径为3.1 nm; 氧还原起始电位比商业JM-Pt/C催化电极正移了24 mV; 交换电流密度达到1×10-3mA·cm-2,是商业JM-Pt/C催化电极的2.5倍.。
石墨烯的电催化性能研究与应用
石墨烯的电催化性能研究与应用近年来，石墨烯作为一种前沿的二维材料，在能源、电化学和催化领域中展现出了巨大的潜力。
其独特的结构和优异的电催化性能使得石墨烯成为了研究的热点。
本文将探讨石墨烯的电催化性能以及在催化领域中的应用。
一、石墨烯的电催化性能石墨烯是一种由碳原子紧密排列而成的单层薄片材料，具有良好的导电性和机械性能。
由于石墨烯的单层结构，表面积较大，使得其拥有出色的电催化性能。
石墨烯在电化学反应中表现出了较高的催化效率和稳定性，被广泛应用于电池、燃料电池、超级电容器等能源存储领域。
石墨烯在电化学催化中的独特性质主要体现在以下几个方面：1. 高比表面积：石墨烯的单层结构使得其比表面积非常大，有利于催化活性物种的吸附和传递。
这种结构特性能够有效增强电催化反应的速率和效率。
2. 超高导电性：石墨烯具有优异的电子传导性质，电子在其表面的传递速率非常快。
因此，石墨烯作为电催化材料能够提供更好的电子传递通道，加速催化反应的进行。
3. 超纳米级的结构：石墨烯的厚度仅为一个碳原子层，其纳米级厚度使其成为高效电催化剂。
这种超薄的结构能够有效减少质量传递的阻力，提高反应速率。
二、石墨烯在催化领域的应用1. 氧还原反应（ORR）：氧还原反应是许多能源装置中的重要反应，如燃料电池和金属空气电池。
石墨烯作为催化剂在ORR中表现出了优异的活性和稳定性。
其高比表面积和快速电子传递能够提高反应速率，同时保持催化剂的稳定性。
2. 氢进化反应（HER）：氢进化反应是氢能源领域中的关键反应，用于制备氢气燃料。
石墨烯作为HER的催化剂，在低过电位和高电化学活性上展现出了优秀的性能。
石墨烯通过提供活性中心和增加表面积来提高反应效率。
3. 二氧化碳还原（CO2RR）：二氧化碳还原是减少二氧化碳排放和制备高附加值化学品的重要途径。
石墨烯作为催化剂在CO2RR中表现出了良好的电催化性能。
其高催化活性和选择性使其成为一种有潜力的二氧化碳转化催化剂。
石墨烯负载Pt催化剂的催化氧化发光性能
石墨烯负载Pt 催化剂的催化氧化发光性能吴小琴1,2宗瑞隆1牟豪杰1朱永法1,*(1清华大学化学系,北京100084;2南昌航空大学环境与化学工程学院,南昌330063)摘要：利用溶胶固定化工艺合成了石墨烯负载Pt 纳米颗粒的Pt/石墨烯催化剂.研究了分散在石墨烯上的Pt颗粒尺寸和负载量对CO 催化发光性能的影响规律,探查了催化剂的某些分析特性及对其它气相体系的催化氧化性能.结果表明,Pt 纳米颗粒可以很好地分散在石墨烯表面,并有较快的催化反应速率,Pt 颗粒越小催化发光强度越大.当不同Pt 负载量(0.4%-1.6%(w ,质量分数))的催化剂作用于40%(φ,体积分数)以下浓度的CO/空气体系时,产生的催化发光强度均与CO 浓度成正比,其中以负载量0.8%最优;但随CO 浓度继续增加,低Pt 负载量(0.4%,0.8%)催化剂的发光强度下降,而高Pt 负载量(1.2%,1.6%)催化剂的发光强度继续上升,且Pt 负载量越高,催化氧化发光能力越强.该催化剂在一定条件下,不但对CO 氧化有较好的催化发光性能,还对乙醚、无水甲醇和甲苯有不同程度的催化氧化发光活性;但二氧化碳、甲醛、戊二醛、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、水蒸气均无响应信号.关键词：石墨烯;Pt 纳米颗粒;催化氧化发光;一氧化碳;Pt 负载量中图分类号：O646Cataluminescence Performance on Catalysts of Graphene SupportedPlatinumWU Xiao -Qin 1,2ZONG Rui -Long 1MU Hao -Jie 1ZHU Yong -Fa 1,*(1Department of Chemistry,Tsinghua University,Beijing 100084,P.R.China ;2College of Environmental and ChemicalEngineering,Nanchang Hangkong University,Nanchang 330063,P.R.China )Abstract ：Platinum nanoparticles supported by graphene were prepared by the colloid deposition process.The effects of particle size and loading amount of platinum particles on the cataluminescence (CTL)properties of CO have been investigated.The CTL properties and some analysis characteristics of the catalyst on other gas phase systems were explored.The results show that the Pt nanoparticles are well distributed on graphene and a faster catalytic reaction rate is apparent.The smaller particles lead to a higher CTL intensity.When the volume concentration of CO in air is below 40%(φ,volume fraction)the CTL intensity is proportional to the concentration of CO for all the catalysts (0.4%-1.6%(w ,mass fraction)Pt).Among them,the catalyst containing 0.8%Pt was found to be the best.However,by increasing the CO concentration the CTL intensity of the catalysts with a low Pt loading (0.4%,0.8%)decreased while the highly loaded (1.2%,1.6%)catalysts continued to increase their intensity.Moreover,a higher Pt loading led to a higher CTL intensity.Under certain conditions the catalyst shows good CTL performance for CO oxidation,and ether,methanol as well as toluene show different degrees of response.No response was obtained for carbon dioxide,formaldehyde,glutaraldehyde,acetone,ethyl acetate,chloroform,and water vapor.Key Words ：Graphene;Pt nanoparticles;Cataluminescence;Carbon monoxide;Platinum loading[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin .,2010,26(11)：3002-3008NovemberReceived:June 4,2010;Revised:July 26,2010;Published on Web:August 27,2010.*Corresponding author.Email:zhuyf@;Tel:+86-10-62787601.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20925725)and National Key Basic Research Program of China (973)(2007CB613303).国家自然科学基金(20925725)和国家重点基础研究发展规划项目(973)(2007CB613303)资助鬁Editorial office of Acta Physico -Chimica Sinica3002No.11吴小琴等：石墨烯负载Pt催化剂的催化氧化发光性能自从2004年英国曼彻斯特大学的Novoselov 和Geim研究小组发现石墨烯[1]以来,这种碳单原子层材料就引起了理论和应用科学界的广泛关注[2-3].石墨烯特殊的微观结构和性质显示其在纳米合成、各种微电子装置(如电池、场效应管、超灵敏传感器和电机共鸣器)的制作等方面具有潜在应用前景.在化学研究方面,石墨烯已被用于制作生物传感器,可实现葡萄糖酶的直接电化学[4-5].石墨烯还可负载Pt 作为固定葡萄糖氧化酶的催化剂[6],通过石墨烯与Pt的协同作用,使葡萄糖传感器的检测限达到了0.6μmol·L-1;基于三(2,2-联吡啶)钌(II)-石墨烯-Nafion修饰电极可实现三丙胺的电化学发光[7].气体在固体催化剂表面的催化氧化过程中可产生催化发光(cataluminescence,CTL)现象[8],利用这一原理已经设计出了基于纳米催化材料的、具有高选择性的乙醇、乙醛、氨、硫化氢、二硫化碳、四氯化碳、醚、醋酸乙烯、苯系物蒸气、正己烷、频哪醇、甲醛等化学发光型传感器[9-22].目前,催化发光领域的研究主要集中在催化剂筛选[23-27],多组分同时分析的纳米阵列传感器[28]以及气味的识别和鉴定[29].纳米贵金属颗粒是目前应用最广的催化剂之一,但其催化性能与金属纳米颗粒的尺寸、形态及其在载体上的分散状况密切相关.因此,筛选贵金属催化剂的载体引起了人们的广泛兴趣[23,30-31],目前已研究了TiO2,Al2O3,MgO,SiO2,ZrO2,ZnO,CeO2, La0.9Cu0.1MnO3和LaCoO3等作为载体负载贵金属纳米颗粒,以CO催化氧化体系为探针,对它们的性能进行评价.本研究首次以石墨烯作为载体负载Pt纳米颗粒催化剂用于研究催化氧化发光体系;探查了分散在石墨烯上的Pt纳米颗粒的粒径和负载量对CO催化发光性能的影响;并考察了该催化剂对其它气相反应体系的催化发光性能.1实验部分1.1催化剂的制备实验中所用的试剂均为分析纯,从北京化学试剂有限公司购买,使用前未进一步纯化.实验用水为二次蒸馏水.石墨烯的合成参考文献[32-33]中的方法,其拉曼光谱表征结果与文献[34]一致,证明本实验合成的是石墨烯.石墨烯负载Pt催化剂使用固定化溶胶工艺合成.Pt的负载量分别为0.4%,0.8%,1.2%, 1.6%(w,质量分数).Pt纳米颗粒由K2PtCl6与NaBH4反应而成,反应式如下:K2PtCl6+NaBH4+2H2O=Pt↓+2H2↑+NaBO2+2KCl+4HCl制备方法参照文献[30].将K2PtCl6和聚乙烯醇(PVA) (w Pt∶w PVA=1.5∶1)溶液置于烧杯内充分搅拌,然后将新配制的NaBH4(用量为Pt的5-20倍,摩尔比)溶液加入反应物中,搅拌至溶液颜色逐渐由浅黄变为棕色,说明Pt溶胶已经形成,整个反应在冰水浴温度下进行,再按负载量将Pt溶胶加入到石墨烯分散液中搅拌10min,使Pt颗粒充分分散并吸附到石墨烯上,将烧杯置于红外灯下干燥至糊状后,均匀涂抹在陶瓷棒表面,最后再把棒放在红外灯下烘烤至干. 1.2催化剂表征和催化氧化发光性能测试利用TEM进行石墨烯负载Pt催化剂的形貌表征,所用仪器为日本电子(JEOL)公司的JEM-1200EX 型透射电镜,加速电压为100kV.催化氧化发光性能测试采用的装置及反应单元见参考文献[26].在50W圆柱状陶瓷加热棒上涂覆约0.1mm厚的催化剂,然后放入内径为12mm的石英管中,通过调节输入电压可以方便地控制加热棒即反应室温度.从反应室入口以一定流速的空气经进样阀流过反应室,同时利用进样系统将一定量的检测气体注入进样阀,经空气载入反应室,从而产生化学发光信号.CTL强度直接采用BPCL-2-KGC 型微弱发光测量仪(中国科学院生物物理研究所)进行检测(光电倍增管作为光子检测器).以不同波长的窄带滤光片进行不同波长信号的检测,并记录下发光强度与时间的关系.2结果与讨论2.1石墨烯负载Pt催化剂的形貌对于负载型贵金属催化剂来说,贵金属纳米颗粒的尺寸及其在载体上的分布状态是决定催化剂性能的关键因素之一.通过控制K2PtCl6与NaBH4的比例可以实现Pt纳米颗粒尺寸的调节.图1是用溶胶固定化法合成的、不同颗粒尺寸、Pt负载量均为0.8%的Pt/石墨烯复合催化剂的TEM图像.图1(a-d)中Pt纳米粒子在石墨烯上都能均匀分散.(a)、(b)、(c)对应的Pt与NaBH4的摩尔比分别为1∶5、1∶10、1∶15,它们的粒径在3-5nm左右,颗粒尺寸相差不大且无明显的团聚,与文献报道[6]一致;但当Pt与NaBH4的摩尔比变为1∶20时,Pt颗粒明显增大,达8nm左右.3003Acta Phys.-Chim.Sin.,2010Vol.262.2CO催化氧化发光性能2.2.1石墨烯负载Pt催化剂的CO催化氧化发光性能为了解石墨烯、铂纳米颗粒和陶瓷棒对CO氧化的催化性能,分别测定了裸陶瓷棒、石墨烯/陶瓷棒、Pt/石墨烯／陶瓷棒和Pt/陶瓷棒的催化发光性能,结果如图2所示.由图2可知:裸陶瓷棒(主要成分为Al2O3)及其负载石墨烯后对CO氧化均无催化活性(图中a、b所示).Pt溶胶在石墨烯中分散后涂布在陶瓷棒上或直接涂在裸陶瓷棒上均对CO具有较高的催化氧化活性(图中c、d所示),说明Pt纳米颗粒能催化CO的氧化反应,从c、d的比较中还可看出,由于石墨烯的存在,催化反应速率明显加快,这是因为石墨烯优良的电子传导作用,更利于电子传递[4].但两者催化发光强度没有很大的差异,即发光信号的峰面积基本相等,说明石墨烯与Pt没有很大的催化发光协同效应.这是因为石墨烯与Pt之间的结合力很弱,化学吸附很小,物理吸附可导致石墨烯与金属间相互作用,帮助电荷转移[35].Wang和Che等[36]基于第一性原理提出的交换-传输机制只适应Pd,因为石墨烯与Pd接触时,石墨烯上转移到Pd的d xz+d yz轨道的π电子在很大程度上被来自Pd d z2轨道上的电子弥补,这种机制使钯和石墨烯之间能产生更多的交互状态和传输通道.最重要的是,这种机制保留了足够的π电子在石墨烯上,在钯层的拉伸应变时,可与石墨烯晶格匹配,当Pd覆盖了石墨烯时,晶格在促图1Pt/石墨烯催化剂的TEM图Fig.1TEM images of Pt/graphene catalystsn(Pt)/n(NaBH4):(a)1∶5,(b)1∶10,(c)1∶15,(d)1∶20图2不同传感器的CO催化氧化发光光谱Fig.2Cataluminescence(CTL)spectra of COoxidized by different sensors(a)graphene/ceramic rods,(b)bare ceramic rods,(c)Pt/graphene/ceramic rods,(d)Pt/ceramic rods;conditions:air flow rate v=160mL·min-1;temperature T=193℃;wavelengthλfilter=640nm;injectionsample:5mL CO+15mL air3004No.11吴小琴等：石墨烯负载Pt催化剂的催化氧化发光性能进交换转移方面起着重要的作用.但当类似的拉伸应变作用在Pt层时,却不会造成这样一种机制,因此Pt和石墨烯之间不能产生更多的交互状态和传输通道[36].所以未见石墨烯与Pt产生很大的催化发光协同效应.2.2.2石墨烯负载Pt颗粒大小对发光强度的影响规律纳米催化剂颗粒的粒径是影响其催化活性的最重要因素之一,但对于不同的载体其影响结果却不同[30-31],载体最终决定了沉积其上的颗粒尺寸、形状以及催化剂与载体之间的相互作用即复合催化剂的催化性能.因此,本研究制备了不同粒度的纳米级铂,把它们分别分散在石墨烯上,制成4根催化发光陶瓷棒,探查Pt催化剂颗粒的粒径和石墨烯作为载体对发光强度的影响规律,以了解该催化剂体系的催化性能.利用不同波长的窄带滤光片(535、555、575、620、640、680、745nm),测定它们的催化发光强度,结果见图3.由图3可知,Pt颗粒大小对发光强度有明显影响.在193℃时,平均粒度范围在3-5nm的传感器有较大的发光信号,平均粒度为8nm的传感器发光强度很弱.可见在同样条件下,Pt颗粒尺寸越小,发光强度越大,符合CO氧化动力学规律[37],也和La1-x Sr x MnO3(x=0,0.2,0.5,0.8)和TiO2负载Pt颗粒催化剂情况一致[24,38].作为Pt的载体,石墨烯与Al2O3、SiO2均不同[39],在Al2O3上催化活性与Pt粒径无关,而在SiO2上催化活性与Pt粒径成正比关系.从图中还可看出:最大发射波长为640nm,这也和La1-x Ce x CoO3、LaSrMnO立方体和Co3O4催化体系测定CO的最大波长一致[25-26,40],说明不同的催化剂催化氧化CO的发光机理相同.一般认为在Pt(111)上CO的催化氧化为Langmuir-Hinshelwood机理[41]:氧化涉及到几个基本步骤,即CO的吸附、解吸和在表面的扩散;分子氧(O2)解离成原子氧;原子氧与CO反应形成CO2[23]:CO+O2→CO2*→CO2+hν当CO被氧化刚生成CO2时,新形成的CO2分子处于高能级的激发态,当其由激发态回到基态时放出光子,产生催化氧化发光现象.催化氧化发光强度与激发态CO2转化为基态CO2的数目成正比,即与被氧化CO的数目成正比.2.2.3石墨烯负载Pt量对催化氧化发光活性的影响规律制备了4根Pt/石墨烯催化剂传感器,其石墨烯负载同样粒度(3-5nm,n(Pt)/n(NaBH4)=1∶10)、但不同量(0.4%,0.8%,1.2%,1.6%(w))的Pt纳米颗粒.利用CO 作探针,测定它们对不同浓度(φ,体积分数)的CO 的催化发光强度,以此评价Pt负载量对催化活性的影响,进而探讨Pt负载量对催化氧化发光活性的影响规律.测定结果如图4所示.由图4可见,在空气中CO浓度低于40%(φ,体积分数)时,石墨烯负载Pt量在0.4%-1.6%范围内,催化发光强度均与浓度成正比,其中负载量为0.8%的传感器具有最强的发光信号,这种结果与P25负载Pt的情况相似[27].原因可能是一般在低浓度反应物中氧气太多了,相当于“氧化焰”,因而发光信号被冲淡了,随CO浓度增加稀释程度降低因而发光强度逐渐增强,化学计量比时催化氧化反应最充分,所以发光强度最大.但随着CO浓度的增加,低负载量(0.4%,0.8%)传感器的发光强度先下降再图3Pt粒径对催化发光强度的影响Fig.3Effect of Pt particle size on CTL intensity catalyst:0.8%(w,mass fraction)Pt/graphene,v=160mL·min-1, T=193℃;The3-5nm and8nm Pt particles were prepared bycolloid deposition process.图4Pt含量对催化发光强度的影响Fig.4Effect of Pt amounts on CTL intensity0.4%,0.8%,1.2%,1.6%:mass fraction of Pt in the Pt/graphenecatalyst;v=160mL·min-1,λfilter=640nm,T=193℃3005Acta Phys.-Chim.Sin.,2010Vol.26趋于定值,而高负载量(1.2%,1.6%)催化剂的发光强度继续上升,且Pt含量越高,催化氧化发光能力越强.原因是在高浓度反应物中氧气少了,此时只有部分CO被氧化发光,相当于“还原焰”,同时负载量低的催化剂不能提供更多的活性中心,已达到了该催化容量的极限值,因而发光信号下降.而高负载量的催化剂在该浓度范围内尚未达到其饱和容量,负载量越大活性中心越多,因而继续保持着高活性,且负载量越大催化氧化活性越高.可见在不同的反应物浓度范围内最好用不同负载量的Pt催化剂.2.3石墨烯负载Pt纳米颗粒催化剂的部分分析特性2.3.1催化发光温度的影响图5给出了温度对CO催化发光性能的影响.在140℃以下,体系几乎没有发光;在140℃以上,随着温度的升高,发光强度增加,但背底热辐射噪声也随之增大;当温度继续升高,信号相对于背底热辐射噪声增长幅度更大,这与CO转化率随温度的变化规律一致[25],即温度越高,转化率越大.由于石墨烯热稳定性不是很高,所以宜用较低的检测温度.但测定温度低,测定灵敏度受影响,也难于降低检出限,因此应尽可能在较高温度下测定.由图5可知,最佳信噪比的温度为193℃.因此,193℃选作最佳测定温度,此时石墨烯也比较稳定[42].2.3.2载气流速的影响载气流速是影响催化发光的重要因素之一.在193℃,640nm波长处,空气流速为20-1000mL·min-1范围内,测定了不同流速与催化发光强度的关系,结果如图6所示.由图6可知:在低流速下,随着流速的增大,CO 的化学发光强度也不断增加,至120mL·min-1时达到最大并趋于稳定,在流速120-200mL·min-1范围内得到一个平台区;而当流速大于200mL·min-1时,发光强度急速下降.究其原因,是因为在较低流速时,CO分子的扩散速度小于生成发光中间物的反应速度.此时发光强度受扩散速度的控制,随着流速的增大发光强度也变大.当流速更大时,CO分子扩散到敏感材料表面的速度已经足够快,此时发光反应主要受表面反应速度的控制[9].流速大于200mL·min-1时,发光强度下降,原因可能是高流速导致反应温度下降.为了证实上述推测,在不同的流速下测定了发光反应器的温度,结果见图7.由图7可见,在200mL·min-1以下时流速变化对温度影响很小,而大于200mL·min-1时流速变化对温度有明显影响.由此可得出下列结论:流速在图5温度对发光强度、信噪比和背底噪声的影响Fig.5Temperature dependence of the CTL intensity,S/N,and BNv=160mL·min-1,λfilter=640nm;S:signal,BN:background noise,S/N:signal to noise图6空气流速对发光强度的影响Fig.6Effect of air flow rate on CL intensity图7空气流速对温度的影响Fig.7Effect of air flow rate on temperature 100,125,150V are the input voltages of the transformer.3006No.11吴小琴等：石墨烯负载Pt催化剂的催化氧化发光性能200mL·min-1以下时对温度影响不大,因此,在该流速以下测定的发光强度受反应物扩散速度的控制.当流速大于200mL·min-1后,发光强度则主要受温度控制,在其它条件相同时,流速越大、温度越低,得到的发光强度越小.2.3.3石墨烯负载Pt催化剂对不同体系的催化氧化发光性能的影响石墨烯负载Pt催化剂对常见物质的催化氧化发光性能,进样浓度均为1.165mg·mL-1,结果见图8.由图8可见石墨烯负载Pt催化剂除对CO氧化有较好的催化活性外,还对乙醚、无水甲醇和甲苯的氧化发光有不同程度的催化活性.但对二氧化碳、甲醛、戊二醛、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、水蒸气均无发光响应.3结论Pt纳米颗粒在石墨烯表面上具有很好的分散性,其粒径较小时催化氧化发光强度更大;石墨烯作载体能够加速催化反应的速率.当不同Pt负载量(0.4%-1.6%(w))的催化剂作用于40%(φ)(CO/air)以下浓度时,产生的催化发光强度均与浓度成正比,其中以0.8%(w)Pt负载量为最优,但随着CO浓度的继续增加,低Pt负载量(0.4%,0.8%)催化氧化发光强度下降,而高Pt负载量(1.2%,1.6%)催化氧化发光强度继续上升,表明催化剂对CO氧化发光性能的影响除与空燃比有关,还与催化剂的催化容量有关,在催化不同燃气浓度时有最佳催化剂使用量. Pt/石墨烯催化剂的最佳信噪比的温度为193℃;空气流速在120-200mL·min-1时可以得到较大的发光强度.在一定条件下,Pt/石墨烯催化剂不但对CO 氧化有较好的催化氧化发光性能,还对乙醚、无水甲醇和甲苯的氧化发光有不同程度的催化活性,但对二氧化碳、甲醛、戊二醛、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、水蒸气均无发光响应.References1Novoselov,K.S.;Geim,A.K.;Morozov,S.V.;Jiang,D.;Zhang, Y.;Dubonos,S.V.;Grigorieva,I.V.;Firsov,A.A.Science,2004, 306:6662Geim,A.K.;Novoselov,K.S.Nature Materials,2007,6:1833Li,D.;Muller,M.B.;Gilje,S.;Kaner,R.B.;Wallace,G.G.Nat.Nanotechnol.,2008,3:1014Shan,C.S.;Yang,H.F.;Song,J.F.;Han,D.X.;Ivaska,A.;Niu, L.Anal.Chem.,2009,81:23785Kang,X.H.;Wang,J.;Wu,H.;Aksay,I.A.;Liu,J.;Lin,Y.H.Biosensors and Bioelectronics,2009,25:9016Wu,H.;Wang,J.;Kang,X.H.;Wang,C.M.;Wang,D.H.;Liu,J.;Aksay,I.A.;Lin,Y.H.Talanta,2009,80:4037Li,H.J.;Chen,J.A.;Han,S.;Niu,W.X.;Liu,X.Q.;Xu,G.B.Talanta,2009,79:1658Breysse,M.;Claudel,B.;Faure,L.;Guenin,M.;Williams,R.J.J.;Wolkenstein.T.J.Catal.,1976,45:1379Zhu,Y.F.;Shi,J.J.;Zhang,Z.Y.;Zhang,C.;Zhang,X.R.Anal.Chem.,2002,74:12010Zhou,Q.;Zhang,L.C.;Fan,H.Y.;Wu,L.;Lv,Y.Sensors and Actuators B,2010,144:19211Cao,X.A.;Zhang,Z.Y.;Zhang,X.R.Sensors and Actuators B, 2004,99:3012Shi,J.J.;Yan,R.X.;Zhu,Y.F.;Zhang,X.R.Talanta,2003,6: 15713Zhang,Z.Y.;Jiang,H.J.;Xing,Z.;Zhang,X.R.Sensors and Actuators B,2004,102:15514Xuan,Y.L.;Hu,J.;Xu,K.L.;Hou,X.D.;Lv,Y.Sensors and Actuators B,2009,136:21815Luo,L.;Chen,H.;Zhang,L.C.;Xu,K.L.;Lv,Y.Anal.Chim.Acta,2009,635:18316Jia,Y.Z.;Zhang,H.L.;Wu,L.;Lv,Y.;Hou,X.D.Microchemical Journal,2010,95:35917Cao,X.A.;Wu,W.F.;Chen,N.;Peng,Y.;Liu,Y.H.Sensors and Actuators B,2009,137:8318Wu,C.C.;Cao,X.A.;Wen,Q.;Wang,Z.H.;Gao,Q.Q.;Zhu,H.C.Talanta,2009,79:122319Lu,J.S.;Cao,X.A.;Pan,C.Y.;Yang,L.F.;Lai,G.B.;Chen,J.L.;Wu,C.Q.Sensors,2006,6:182720Yu,C.;Liu,G.H.;Zuo,B.L.;Tang,Y.J.;Zhang,T.Anal.Chim.Acta,2008,618:20421Yang,P.;Ye,X.N.;Lau,C.W.;Li,Z.X.;Liu,X.;Lu,J.Z.Anal.图8催化剂在不同体系中的催化发光活性Fig.8CTL activity of catalyst on differentoxidation systemsconditions:λfilter=640nm;T=193℃,v=160mL·min-1;sample concentration:1.165mg·mL -13007Acta Phys.-Chim.Sin.,2010Vol.26Chem.,2007,79:142522Li,S.F.;Li,F.P.;Rao,Z.M.Sensors and Actuators B,2010,145: 7823Wang,X.;Na,N.;Zhang,S.C.;Wu,Y.Y.;Zhang,X.R.J.Am.Chem.Soc.,2007,129:606224Teng,F.;Xu,T.G.;Teng,Y.;Liang,S.H.;Bulgan,G.;Lin,J.;Yao,W.Q.;Zong,R.L.;Zhu,Y.F.;Zheng,T.F.Environ.Sci.Technol.,2008,42:388625Bulgen,G.;Liang,S.H.;Teng,F.;Yao,W.Q.;Zhu,Y.F.Acta Phys.-Chim.Sin.,2008,24:205[Bulgen G.,梁淑惠,腾飞,姚文清,朱永法.物理化学学报,2008,24:205]26Teng,F.;Yao,W.Q.;Zhu,Y.F.;Chen,M.D.;Wang,R.H.;Mho, S.I.;Meng,D.D.J.Phys.Chem.C,2009,113:308927Na,N.;Zhang,S.C.;Wang,X.;Zhang,X.R.Anal.Chem.,2009, 81:209228Wu,Y.Y.;Na,N.;Zhang,S.C.;Wang,X.;Liu,D.;Zhang,X.R.Anal.Chem.,2009,81:96129Suslick,B.A.;Feng,L.;Suslick,K.S.Anal.Chem.,2010,82: 206730Comotti,M.;Li,W.C.;Spliethoff,B.;Schüth,F.J.Am.Chem.Soc.,2006,128:91731Bulgan,G.;Zong,R.L.;Liang,S.H.;Yao,W.Q.;Zhu,Y.F.ActaPhys.-Chim.Sin.,2008,24:1547[Bulgan G.,宗瑞隆,梁淑惠,姚文清,朱永法.物理化学学报,2008,24:1547]32Ummers,W.S.;Offeman,R.E.J.Am.Chem.Soc.,1958,80:1339 33Xu,Y.;Bai,H.;Lu,G.;Li,C.;Shi,G.J.Am.Chem.Soc.,2008, 130:585634Alwarappan,S.;Erdem,A.;Liu,C.;Li,C.Z.J.Phys.Chem.C, 2009,113:885335Khomyakov,P.A.;Giovannetti,G.;Rusu,P.C.;Brocks,G.;Brink, J.V.D.;Kelly,P.J.Phys.Rev.B,2009,79:19542536Wang,Q.J.;Che,J.G.Phys.Rev.Lett.,2009,103:06680237Arenz,M.;Mayrhofer,K.J.J.;Stamenkovic,V.;Blizanac,B.B.;Tomoyuki,T.;Ross,P.N.;Markovic,N.M.J.Am.Chem.Soc.,2005,127:681938Valden,M.;Lai,X.;Goodman,D.W.Science,1998,281:1647 39Che,M.;Bennett,C.O.Adv.Catal.,1989,36:5540Teng,F.;Yao,W.Q.;Zheng,Y.F.;Ma,Y.T.;Xu,T.G.;Gao,G.Z.;Liang,S.H.;Teng,Y.;Zhu,Y.F.Talanta,2008,76:105841Campell,C.;Ertl,G.;Kuipers,H.;Segner,J.J.Chem.Phys.,1980, 73:586242Wang,G.X.;Yang,J.;Park,J.;Gou,X.L.;Wang,B.;Liu,B.;Yao,J.J.Phys.Chem.C,2008,112:81923008。
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铂钴双金属-石墨烯载体催化剂的高效性能
2016-07-21 13:15来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
不同催化剂催化甲醇的循环伏安图面对日益加剧的能源危机和环境污染, 开发利用高效、清洁的能量转换系统(如燃料电池等)对社会的可持续发展具有重要的意义. 直接甲醇燃料电池(DMFC)因其能量转换效率高、操作温度低、污染排放少、构造简单等优点, 在便携式电子设备领域中具有广阔的应用前景, 而高效催化剂的研发又是甲醇燃料电池得以顺利发展和应用的关键所在.
南京理工大学软化学与功能材料教育部重点实验室汪信的报道了以氧化石墨烯、氯亚铂酸钾以及硝酸钴的混合液作为前驱体, 以硼氢化钠作为还原剂, 采用水热合成法一步制得了石墨烯负载铂钴合金纳米粒子(PtCo/G)催化剂. 通过Ｘ射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱分析(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和能量散射谱(EDS)等分析手段对催化剂的结构、形貌和组成进行了系统的表征.
实验结果表明, 利用水热反应可以在还原氧化石墨烯的同时, 成功将合金纳米粒子负载于单层石墨烯的表面;相比于多壁碳纳米管(MWNTs)作为载体的催化剂, PtCo/G催化剂具有显著增强的分散性; 合金体系中结晶性较好的铂主要以金属形式存在, 而钴主要以氧化物的形式存
在. 这些结构特点赋予了PtCo/G催化剂独特的电化学性能. 研究发现, PtCo/G催化剂的电化学活性表面积可达78.3 m2g-1, 远远高于石墨烯负载铂(Pt/G)催化剂(32.4 m2g-1)和多壁碳纳米管负载铂钴合金(PtCo/MWNTs)催化剂(50.1 m2g-1),说明在石墨烯表面引入金属钴组分不仅可以降低金属铂的用量, 还能明显改善其使用效率.下图是酸性条件下Pt/G, PtCo/G和
PtCo/MWNTs 3种催化剂对甲醇催化氧化的循环伏安图. 由图可知, 相比于Pt/G 和
PtCo/MWNTs催化剂, PtCo/G催化剂不仅呈现出更高的电催化活性(正向峰电流密度为28.0 mAcm-2),而且具有更强的抗中毒能力(正向峰电流密度与反向峰电流密度之比为1.28). 此外, 恒定电位下PtCo/G催化剂在较长的时间范围内始终能保持相对较高的电流密度,说明该催化剂具有良好的电化学稳定性. 同时, 计时电位实验结果显示在恒定的电流强度下, PtCo/G催化剂可以在低电位保持较长的时间, 再次验证了其出色的抗中毒能力.。