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.