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燃料电池具有低污染、高能量密度等特点,逐渐成为人类解决能源危机的有效途径之一。直接甲醇燃料电池由于其工作温度低、燃料来源广泛、成本低廉等特点,越来越受到人们的关注。作为燃料电池阳极的催化剂,要求贵金属Pt以良好的形貌和大小分布于载体上并与载体结合牢固。需要载体需有大的比表面积,以提高贵金属的利用率;有良好的导电性,以提供电子传输的通道;有稳定的特性,以防止在酸性环境中被腐蚀。研究表明,碳纳米管与石墨烯具有良好的性能,是负载Pt催化剂的理想载体。碳纳米管由于表面呈惰性,无法很好的锚定金属前驱物粒子,因而需要对其表面进行改性,引入官能团以提高其负载金属的能力。氧化石墨烯表面虽然富含官能团,但是其导电性差,需要对其进行还原以提高电子输运的效率。通常,浸渍还原法制备贵金属催化剂需使用大量的化学试剂,并且容易造成贵金属的流失,导致其利用率降低,电池成本提高。
本文使用低温等离子法用于载体表面的改性,并用于Pt催化剂的还原。结果显示,O2等离子体法改性的碳管表面具有各种含氧官能团,可以有效地吸附金属离子,且该方法避免了使用强酸氧化所带来的载体结构的破坏。同时,利用H2等离子体可以还原氧化石墨烯表面的官能团,并提高其导电能力。我们发现,利用H2等离子体还原制备的Pt/CNTs催化剂的性能优于Ar等离子体及化学试剂还原的催化剂。这是由于H2等离子体放电产生的粒子所特有的性质,不仅还原Pt并提高了其分布特征,还降低了电子传输时的电阻,从而提高了催化剂的活性。最后,我们用H2等离子一步制备了具有良好催化效果的Pt/Graphene催化剂,并用于甲醇催化氧化的研究。