石墨烯基复合材料的制备及其在氧气的电化学还原中的应用

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近几年,对化石燃料的需求越来越大,化石燃料燃烧所带来的环境问题也日益加剧,寻找清洁的新能源成为一个热点话题。由于低排放或零排放,燃料电池引起了巨大的关注。氧气还原反应(ORR)是燃料电池的重要组成部分,然而阴极的氧气还原反应动力学速度非常缓慢,因此需要催化剂来加快反应动力学。还原氧化石墨烯(rGO)有好的导电性、大的比表面积和好的化学稳定性,这使得它能成为很好的ORR催化剂载体。在本论文中,我们利用氧化石墨烯、硝酸铁和硝酸锌作为前驱体,利用水热法一步合成石墨烯负载的不同比例的ZnFe2O4的纳米复合材料。我们利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对ZnFe2O4/rGO形貌和成分进行表征。同时利用电化学工作站,在碱性电解质中进行循环伏安(CV)、线性扫描(LSV)和计时电流法(i-t)测试来评价ZnFe2O4/rGO的电催化活性和稳定性。利用水热法合成了还原氧化石墨烯负载的不同比例的CuCo2S4纳米颗粒。利用SEM,TEM,EDS和XPS对CuCo2S4/rGO复合材料的形貌和组成进行表征,同时利用CV和LSV测试了CuCo2S4/rGO催化活性,研究了CuCo2S4/rGO的耐甲醇性能和稳定性能。我们通过非常简便的方法合成了三维硫氮双掺杂的还原氧化石墨烯(3D-NS-rGO)负载的CuFeS2复合材料,第一次将其作为ORR催化剂。利用SEM、TEM、XRD和XPS对CuFeS2/3D-NS-rGO形貌和成分进行表征。在碱性电解质中进行电化学测试和稳定性测试,发现CuFeS2/3D-NS-rGO电化学稳定性和耐醇性要明显好于商业Pt/C催化剂。并且该催化剂能实现很好的4电子转移路径。
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