二硫化鉬-還原氧化石墨烯復(fù)合材料用作高穩(wěn)定性燃料電池陰極催化劑載體

編號(hào)：CYYJ01695

篇名：二硫化鉬-還原氧化石墨烯復(fù)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(fù)合催化劑載體 碳腐蝕 負(fù)載型催化劑 Pt電催化劑

機(jī)構(gòu)： 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 COMSATS信息技術(shù)學(xué)院 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 上海交通大學(xué)

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(qiáng)酸性、強(qiáng)氧化性、濕度大、溫度高、電位高等),碳材料易被氧化腐蝕,同時(shí)還可能進(jìn)一步引起Pt催化劑顆粒脫落和團(tuán)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(shí)伴隨著含氧官能團(tuán)的減少,這減少Pt離子的沉積位點(diǎn),造成Pt團(tuán)聚和顆粒過大等問題,導(dǎo)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(dǎo)電聚合物(PANI)等非碳載體.然而,這些載體材料的電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于碳,造成催化劑活性較低,只適用于高溫和使用強(qiáng)氧化劑(如純氧、雙氧水)等特殊工況.針對(duì)上述問題,本文設(shè)計(jì)合成了二硫化鉬-還原氧化石墨烯(MoS2-rGO)復(fù)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(dǎo)電性能與適量的含氧官能團(tuán),實(shí)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(fù)合材料同時(shí)具有石墨烯與二硫化鉬的特征峰,證實(shí)MoS2-rGO成功合成.XPS結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了六價(jià)鉬向四價(jià)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(luò),保證了載體良好的導(dǎo)電能力.使用改進(jìn)的乙二醇還原法制得MoS2-rGO負(fù)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?dú)w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(tuán)為Pt離子提供了充足的沉積位點(diǎn).電化學(xué)測(cè)試顯示,在催化ORR反應(yīng)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