不同表面修饰石墨烯载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能.pdf

第30卷第11期 应用化学 V01．30Iss．11 CHINESE OFAPPLIEDCHEMISTRY Nov．2013 2013年11月 JOURNAL 不同表面修饰石墨烯载Pd催化剂对 甲酸氧化的电催化性能 卫 华 鲁振江 包淑娟+ 季辰辰 蔡长君 杨 帆 (新疆大学应用化学研究所乌鲁木齐830046) 摘要采用对氨基苯磺酸对氧化石墨烯(GO)进行表面功能化，进而负载贵金属Pd，解决了Pd团聚和不易 在载体表面负载的问题，从而提高了Pd基催化剂对于甲酸的催化能力。实验研究了相同实验条件下，Pd在 氧化石墨烯、还原石墨烯(RGO)和磺化处理的石墨烯(SGO)表面的分散和负载量以及得到的复合催化剂的 催化性能。实验结果表明，SGO更容易负载贵金属，得到的催化剂对O：气的电催化还原能力优于Pd／GO和 Pd／RGO，此外Pd／SGO催化剂对CO的耐受力也明显提升，这可能是苯环上的1r-订键和一SO，H的范德华力 协同作用更有利于Pd的固定与分散。对Pd／SGO催化氧还原的机理也进行了分析，该氧还原为2电子反应过 程。 关键词直接甲酸燃料电池，氧化石墨烯，官能团化 中图分类号：0646 文献标识码：A 文章编号：1000-0518(2013)11-1354-07 DOI：10．3724／SP．J．1095．2013．30023 以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于价格高和氢源储运困难，至今未能真正商品 膜而引起电池性能下降旧引。近年研究发现，甲酸是一种较好的甲醇替代燃料，无毒、不易燃，且Nation 膜中的磺酸基团与甲酸阴离子问有排斥作用，使甲酸不易渗透过Nation膜，从而使甲酸燃料电池备受 关注H剖。在甲酸的电催化方面，贵金属Pd体现了较理想的催化行为，但是它的电催化稳定性较差，因 此，在直接甲酸燃料电池(DFAFC)中，研究提高Pd催化剂对甲酸氧化的稳定性是一个很重要的课 题一‘10|。借助载体可以为催化剂提供大的比表面积、好的分散性、合适的离子扩散电极骨架和载体与贵 金属间的协同作用，从而使催化剂整体性能得以提高，因而各种负载型贵金属催化剂受到重视[1卜”】。 石墨烯是由单层sp2结构C原子组成的二维纳米碳材料，具有极高的比表面积，优异的导电性和很 好的化学稳定性等优点，而成为理想的催化剂载体¨4。5|。但是还原石墨烯不能很好的溶解在水中，因而 很难将贵金属粒子均匀沉积到其表面，并且在水溶液中，以物理作用与石墨烯结合的金属粒子，很容易 由于搅拌、超声等外力的作用而脱落，也容易团聚¨6。18J。氧化石墨烯表面具有一定量的官能团，但是负 载贵金属的能力还是很有限¨9|。最有效的方法是在金属沉积之前先对石墨烯表面进行化学修饰和功 能化，从而产生表面功能基团，有利于贵金属纳米粒子在其表面的成核与增长心啤1|。 本文采用对氨基苯磺酸对GO表面进行修饰改性，用于载体负载贵金属Pd，实现对Pd的有效固定 和其成核的调控。对合成的材料进行了系统的物理和电化学表征。实验结果表明，对氨基苯磺酸可以 对GO进行有效的功能化，以其为载体合成的Pd／SGO复合催化剂的电催化能力明显优于Pd／GO和 Pd／RGO． 1实验部分 1．1试剂和仪器 石墨粉(Alfa 2013-01-08收稿，2013-03—15修回 新疆自然基金资助项目(2011211A001) 万方数据 第1l期 卫华等：不同表面修饰石墨烯载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能 method旧。制备。所有溶液由去离子水(18．1 MQ·cm)配制。 采用BROKER VERTEX 射电子显微镜(日本13立)进行形貌分析；采用BRUKER 70型傅里叶变换红外(FⅡR)光谱仪 (德国)进