編號：CYYJ01695
篇名：二硫化鉬-還原氧化石墨烯復合材料用作高穩(wěn)定性燃料電池陰極催化劑載體
作者：Muhammad Tuoqeer Anwar 閆曉暉 Muhammad Rehman Asghar Naveed Husnain 沈水云 羅柳軒 程曉靜 魏光華 章俊良
關(guān)鍵詞： 燃料電池 復合催化劑載體 碳腐蝕 負載型催化劑 Pt電催化劑
機構(gòu)： 上海交通大學機械與動力工程學院 COMSATS信息技術(shù)學院 上海交通大學機械與動力工程學院 上海交通大學
摘要： 碳黑是質(zhì)子交換膜燃料電池中最常用的電催化劑載體材料.然而,由于燃料電池內(nèi)部環(huán)境苛刻(強酸性、強氧化性、濕度大、溫度高、電位高等),碳材料易被氧化腐蝕,同時還可能進一步引起Pt催化劑顆粒脫落和團聚,造成催化劑性能衰減,繼而影響電池性能與穩(wěn)定性.為了克服碳載體腐蝕的問題,提高碳材料的石墨化程度是一種可行方法,然而,石墨化程度提高的同時伴隨著含氧官能團的減少,這減少Pt離子的沉積位點,造成Pt團聚和顆粒過大等問題,導致催化劑質(zhì)量比活性過低.另一種方法是開發(fā)金屬氧化物(WO3, TiO2)、金屬氮化物(Mo2N, CrN)、金屬碳化物(WC)和導電聚合物(PANI)等非碳載體.然而,這些載體材料的電導率遠低于碳,造成催化劑活性較低,只適用于高溫和使用強氧化劑(如純氧、雙氧水)等特殊工況.針對上述問題,本文設計合成了二硫化鉬-還原氧化石墨烯(MoS2-rGO)復合材料作為燃料電池陰極催化劑的載體材料,利用MoS2的高穩(wěn)定性及還原氧化石墨烯優(yōu)異的導電性能與適量的含氧官能團,實現(xiàn)了Pt顆粒的均勻沉積并提高了催化劑活性與穩(wěn)定性.XRD表征結(jié)果顯示,使用溶劑熱法制備的復合材料同時具有石墨烯與二硫化鉬的特征峰,證實MoS2-rGO成功合成.XPS結(jié)果進一步證實了六價鉬向四價鉬及氧化石墨烯向還原氧化石墨烯的轉(zhuǎn)變. TEM與HRTEM顯示, MoS2以多層形式存在并成功沉積在rGO表面,和rGO相互搭接形成了連續(xù)的電子傳輸網(wǎng)絡,保證了載體良好的導電能力.使用改進的乙二醇還原法制得MoS2-rGO負載Pt催化劑(Pt/MoS2-rGO), TEM顯示Pt顆粒均勻分布在載體表面,且Pt顆粒平均粒徑為3.2 nm.這主要歸功于MoS2充分暴露的活性邊緣及rGO表面存在的適量含氧官能團為Pt離子提供了充足的沉積位點.電化學測試顯示,在催化ORR反應中, Pt/MoS2-rGO相比于碳載鉑(Pt/C)具有更高的起始還原電位,表明MoS2-rGO載
