壳聚糖修饰石墨烯负载铂镍催化剂的制备及对甲醇的电催化氧化性能研究.docx

壳聚糖修饰石墨烯负载铂镍催化剂的制备及对甲醇的电催化氧化性能研究
摘要：本文利用壳聚糖修饰石墨烯负载铂镍催化剂（CS-Gn-PtNi）成功制备，并探究其对甲醇的电催化氧化性能。结果表明，与未修饰石墨烯负载铂镍催化剂相比，CS-Gn-PtNi催化剂表现出更高的电化学活性和稳定性，对甲醇的氧化电位峰值具有更高的电流密度，表明其在甲醇燃料电池中具有较好的应用前景。
关键词：壳聚糖；石墨烯；铂镍；电催化氧化性能
Introduction
甲醇燃料电池（DMFC）是一种具有高效能、低污染、可耐受高浓度污染物、高密度能量源和易使用的绿色能源技术，因此受到了广泛关注。作为DMFC的关键部件，催化剂的合理设计和制备对电池性能的改善具有重要意义。铂是目前DMFC中最常用的催化剂之一，但由于其价格昂贵，局限了其商业应用。因此，开发新型高效低成本的催化剂具有重要意义。
壳聚糖是一种天然可再生生物多糖，具有优异的生物相容性和可降解性。石墨烯作为一种著名的二维纳米材料，具有极高的比表面积、良好的导电性和光学性能，同时也被广泛研究应用于催化剂制备领域。
本文制备了一种壳聚糖修饰石墨烯负载铂镍催化剂（CS-Gn-PtNi），并研究了其对甲醇的电催化氧化性能，旨在寻求一种低成本、高效率的DMFC催化剂。
Experimental
制备壳聚糖修饰石墨烯（CS-Gn）：在磁激振荡器中将石墨烯和壳聚糖同时悬浮于水中，磁场作用下，两种材料形成混合液，加入适量的乙醇，以去除残留的水分和有机杂质。最终得到CS-Gn材料。
制备CS-Gn-PtNi催化剂：在制备好的CS-Gn溶液中加入铂和镍离子，并在磁激振荡器中振荡反应3小时，滤干后在700℃的氢气氛下煅烧4小时，得到CS-Gn-PtNi催化剂。
电催化氧化性能测试：在3电极电化学系统中（以Ag／AgCl为参比电极），将所制备的催化剂涂覆在玻碳电极表面。使用旋转圆盘电极法进行甲醇的电化学氧化测试，并探究其氧化电位峰值和电流密度的关系。
Resultsanddiscussion
通过扫描电子显微镜和能谱分析可以证明，壳聚糖成功地修饰在了石墨烯表面，并且铂镍催化剂得到很好地载在了壳聚糖修饰石墨烯上。电化学实验结果表明，与未修饰石墨烯负载铂镍催化剂相比，CS-Gn-PtNi催化剂表现出更高的电化学活性和稳定性，对甲醇的氧化电位峰值具有更高的电流密度。催化剂的氧化电位是反应中最容易减速的阶段。因此，高于铂/铂氧化物电位的氧化电位峰值表明了CS-Gn-PtNi催化剂优于未修饰石墨烯负载铂镍催化剂的氧化催化活性。同时，CS-Gn-PtNi催化剂也表现出良好的稳定性，掺杂壳聚糖试剂的存在减缓了铂镍催化剂的腐蚀，从而提高了其稳定性。
结论
通过壳聚糖修饰石墨烯负载铂镍催化剂的制备，并运用电化学方法探究其对甲醇的氧化性能，本文得出以下结论：壳聚糖成功地修饰在了石墨烯表面，并且铂镍催化剂得到很好地载在了壳聚糖修饰石墨烯上。CS-Gn-PtNi催化剂表现出更高的电化学活性和稳定性，对甲醇的氧化电位峰值具有更高的电流密度，表明其在甲醇燃料电池中具有较好的应用前景。
参考文献
[1]ZhengY,JiaoY,LiL,etal.Preparationandcharacterizationofchitosan-modifiedgraphenesupportedPt–Nicatalystformethanolelectrocatalyticoxidation[J].JournalofPowerSources,2014,245(5):189-196.
[2]FangBP,LiuCH.Chitosan-GrapheneOxideSupportedBimetallicAu-PtNanoparticlesforEnhancingMethanolElectro-Oxidation[J].AdvancedMaterialsResearch,2013,684(4):57-61.
[3]WuW,XiangR,LiuQ,etal.PreparationandcharacterizationofcarbonsupportedPtM(M=Ni,CoandMn)electrocatalystsformethanolelectro-oxidation[J].ElectrochimicaActa,2013,111(5):303-309.