石墨烯负载碳量子点复合材料氧还原性能研究.pdf

第 44卷 第6期 化 工 技 术 与 开 发 V01．44 NO．6 2015年 6月 Technology DevelopmentofChemicalIndustry Jun．2015 石墨烯负载碳量子点复合材料的氧还原性能研究 黄慧慧 (温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325027) 摘 要：通过高温热处理方法制备碳量子点(CQDs)／~ 烯㈦复合材料。采用TEM、HRTEM、Raman、EDX等手 段对材料进行形貌和结构表征。运用循环伏安法 (cV)、线性扫描伏安法(LSV)技术考察材料在碱性介质中的氧还原 (ORR)电催化性能。结果表明，相对于单独的石墨烯 (G一900)和单独的碳量子点cQDs一900，碳量子~(CQDs)石／墨 烯((复合材料具有较好的氧还原性能，可能原因是复合材料的表面缺陷增强，活性位点增加。 关键词：氧还原；电化学催化；碳量子点，石墨烯 中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1670—9905(2015)06-0026—05 燃料电池(Fuelcells)作为一种清洁高效的能量 性介质中的氧还原 (ORR)电催化性能、抗 甲醇中毒 转换装置 [1-21，可以将化学能直接转化为电能，无需经 性和循环稳定性。结果表 明，碳量子点fCQDs1／石 过燃烧过程 ，其能量利用率较高，不受卡诺循环的限 墨烯 (G)复合材料，相对于单独的石墨烯 (G一900) 制，且操作简捷，安全可靠，对环境友好，因此引起了 和单独的碳量子点 CQDs一900，具有较好的氧还原 国内外的广泛关注。然而，目前燃料电池的阴极氧还 性能，可能原因是复合材料的表面缺陷增强，活性位 原(ORR)过程反应速率缓慢 l34。，必须依靠贵金属Pt 点增加，且复合材料具有较好的抗 甲醇中毒性和循 基催化剂才能达到实际应用要求，但 Pt的高成本和 环稳定性。 短寿命严重制约了燃料电池的商业化 一】，因此，寻找 1实验部分 廉价的非贵金属催化剂(non—preciousmetalcatalysts) 成为研究者的主要方向之一 8[-9]o 1．1仪器与试剂 近年来 ，纳米碳材料 已经成为当今科技创新的 JEOL一2100F型透射 电子显微镜 (TEM)，Ren— 前沿领域，新型纳米碳材料如碳量子点(CQDs)l1。】、 ishawinvia型激光拉曼 (Raman)光谱仪，PGATAT30 碳纳米管(CNTs)[11-12]、石墨烯 (Graphene)0等由于 电化学综合测试仪，旋转圆盘 电极体系。 其独特的性质，在很多方面得到广泛应用 。石墨稀 石墨烯分散液(型号 XF019)，水溶性碳量子 具有很大的比表面积、机械强度高、化学稳定性高、 点(型 号 JNS—CD一11-440)，KOH (优 级 纯 GR， 导热性突出等优点，广泛应用于催化 114-161、能量储存 ≥95％)，甲醇(色谱纯，≥99％ o 和转换 [17-18]、医学 ” 、生物传感器 [2o-21]等方面。碳 1．2 复合材料的制备 量子点具有稳定的化学组成 、良好的发光性能和生 物相容性等特点，在生物成像 、氧还原0、药物识 将石墨烯分散液和水溶性碳量子点按照不同 别