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碳黑是质子交换膜燃料电池中最常用的电催化剂载体材料.然而,由于燃料电池内部环境苛刻(强酸性、强氧化性、湿度大、温度高、电位高等),碳材料易被氧化腐蚀,同时还可能进一步引起Pt催化剂颗粒脱落和团聚,造成催化剂性能衰减,继而影响电池性能与稳定性.为了克服碳载体腐蚀的问题,提高碳材料的石墨化程度是一种可行方法,然而,石墨化程度提高的同时伴随着含氧官能团的减少,这减少Pt离子的沉积位点,造成Pt团聚和颗粒过大等问题,导致催化剂质量比活性过低.另一种方法是开发金属氧化物(WO3, TiO2)、金属氮化物(Mo2N, CrN)、金属碳化物(WC)和导电聚合物(PANI)等非碳载体.然而,这些载体材料的电导率远低于碳,造成催化剂活性较低,只适用于高温和使用强氧化剂(如纯氧、双氧水)等特殊工况.针对上述问题,本文设计合成了二硫化钼-还原氧化石墨烯(MoS2-rGO)复合材料作为燃料电池阴极催化剂的载体材料,利用MoS2的高稳定性及还原氧化石墨烯优异的导电性能与适量的含氧官能团,实现了Pt颗粒的均匀沉积并提高了催化剂活性与稳定性.XRD表征结果显示,使用溶剂热法制备的复合材料同时具有石墨烯与二硫化钼的特征峰,证实MoS2-rGO成功合成.XPS结果进一步证实了六价钼向四价钼及氧化石墨烯向还原氧化石墨烯的转变. TEM与HRTEM显示, MoS2以多层形式存在并成功沉积在rGO表面,和rGO相互搭接形成了连续的电子传输网络,保证了载体良好的导电能力.使用改进的乙二醇还原法制得MoS2-rGO负载Pt催化剂(Pt/MoS2-rGO), TEM显示Pt颗粒均匀分布在载体表面,且Pt颗粒平均粒径为3.2 nm.这主要归功于MoS2充分暴露的活性边缘及rGO表面存在的适量含氧官能团为Pt离子提供了充足的沉积位点.电化学测试显示,在催化ORR反应中, Pt/MoS2-rGO相比于碳载铂(Pt/C)具有更高的起始还原电位,表明MoS2-rGO载 ...
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保护环境,开发环保型能源,对人类和社会具有重要意义。质子交换膜燃料电池由于其能量转化率高,可实现零排放,近年来引起了电池领域研究者们的兴趣。氧化石墨烯(GO)由于存在活性氧官能团,可以和离子型聚合物进行复合以制备复合质子交换膜。氧化石墨烯类的复合质子交换膜应用于燃料电池时可以提高膜在高温低湿度条件下的质子传导率,降低甲醇渗透率,提高电池的功率密度。本文首先介绍了氧化石墨烯的制备方法,然后从不同的离子型聚合物基质复合质子交换膜的类别出发,详细介绍了氧化石墨烯在Nafion、聚醚醚酮、聚苯并咪唑和壳聚糖等不同种类的离子型聚合物中的应用现状及作用机理,同时对其在质子交换膜的应用方面存在的问题及应用前景做了评论和展望。 ...
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纳米材料修饰阳极可显著提高微生物燃料电池(MFC)性能,本研究主要探索了石墨烯、聚苯胺和石墨烯/聚苯胺复合修饰电极对MFC产电性能的影响。使用电化学方法电镀石墨烯于碳布表面,进一步通过原位聚合法制备聚苯胺来修饰碳布电极。将修饰电极装载入双室型MFC中,测量其产电性能,并对电极进行表征,测量电化学性能。通过扫描电镜观察到,碳布能够被修饰上石墨烯和聚苯胺,并且聚苯胺附着于碳纤维或石墨烯薄层表面,形成棒状的纳米结构。产电性能方面,装载石墨烯/聚苯胺修饰电极的MFC最大输出电压最高,达到了(291±22) mV,比装载空白碳布电极的对照组MFC提高了175%以上。石墨烯/聚苯胺电极组MFC的最大输出功率密度同样最高,达到了(653 ± 25) mW · m^-2,为空白碳布对照组的10.5倍。实验结果表明:石墨烯/聚苯胺复合修饰电极可有效利用石墨烯导电性好和聚苯胺生物相容性高的优点,显著提高MFC的产电性能。 ...
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