Pd/石墨烯催化剂的合成示意图
直接乙醇燃料电池(DEFC)由于所用燃料具有无毒、价格低廉、来源广泛等优点, 而引起了人们的广泛关注. Pt是公认的醇电化学氧化最好的催化剂,但乙醇电化学氧化的中间产物很容易吸附在Pt电极上,使催化剂毒化, 催化性能很快衰退.因此, 设计使用非铂催化剂的直接醇燃料电池受到重视, 其中Pd被认为是重要的替代材料之一.
近年来, 碱性直接醇燃料电池的研究受到了广泛的关注, 研究发现,Pd/C在碱性介质中对乙醇电化学氧化的活性及抗中毒能力都优于Pt/C催化剂.碳基载体, 如碳黑、碳微球、碳纤维、碳纳米管等, 因其良好的导电及结构特性成为理想的燃料电池催化剂载体. 为了减少Pd的用量、提高Pd的利用率,人们不断地寻找性能更加优良的载体.
石墨烯是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. 与碳纳米管相比, 石墨烯具有更大的理论比表面积(约为2630 m2·g-1)和更好的电子传导能力(约为2×105 cm2·V-1·s-1).
江南大学化学与材料工程学院宋启军等人以石墨粉为原料, 采用Hummers法液相氧化合成了氧化石墨(GO), 然后用化学一步还原制得石墨烯负载钯催化剂. X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)表征表明, Pd在石墨烯载体上有较好的分散度, 粒径为3-5 nm.电化学活性面积(EASA)、循环伏安(CV)、计时电流(CA)和计时电位(CP)等电化学测试表明, 与传统Pd/VulcanXC-72相比, Pd/石墨烯催化剂对碱性介质中乙醇电催化氧化的催化活性有了很大的提高.