山东大学侯士峰教授团队在石墨烯柔性电极催化剂领域取得进展
录入日期:2019-8-1
内容

  柔性电子产品由于其轻便、可携带以及可折叠的性能引起广泛关注。近几年,柔性电源设备应运而生,发展势头迅猛,越来越受到人们关注。柔性储能设备被广泛用于超级电容器、可充电电池以及太阳能电池。
  柔性燃料电池一般情况下使用粘结剂将高活性催化剂负载至柔性载体,但是粘结剂导电性差,将导致电解液和催化活性位点的接触面积减少而降低催化剂的催化性能。研究者尝试将高活性催化剂无需使用粘结剂负载至柔性载体且以制备柔性燃料电池,然而迄今为止鲜有报道。
  此外由于较高比表面积、良好导电性、优异机械强度以及柔韧性等特点,石墨烯膜作为一种柔性且导电载体材料可用于可携带柔性电子器件的电极材料。但是制备具有较高比表面积和优异导电性的石墨烯柔性自支撑膜的方法繁琐、成本较高从而局限其实际应用。
  为此,侯士峰教授团队以聚苯乙烯微球作为模板制备3D多孔自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT)作为载体负载催化剂和集流体,研究醇类燃料电池电催化性能。研究表明,3D多孔自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT)在不同状态(伸展、折叠和扭曲状态)下的电催化性能几乎不变。

 

 


  其中,采用聚苯乙烯微球 (PS) 作为模板,制备出高比表面积、高导电性的 3D 多孔石墨烯(RGO)/单壁碳纳米管(SWCNTs)自支撑柔性膜材料 (e-RGO-SWCNT)。PS 用于形成规则多孔石墨烯(e-RGO),SWCNTs 贯通 e-RGO 形成柔性导电膜。自支撑柔性膜材料 (e-RGO-SWCNT)可负载 Pt 纳米粒子,形成 Pt/e-RGO-SWCNT。相对于同类催化剂,表现出更高的电催化活性和甲醇氧化耐久性。
  为了研究催化剂的实际应用,验证了 Pt/e-RGO-SWCNT(0.6) 处于不同弯曲状态(如折叠,螺旋)的催化能力。当膜材料经过折叠和螺旋后,相对于未弯曲状态的膜,弯曲状态下的膜电催化氧化甲醇活性仅略有降低。该结果表明 Pt/e-RGO-SWCNT(0.6) 膜可以作为一种柔性可折叠电极材料,在可穿戴设备中具有应用潜力。

 

 


  自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT)作为载体负载 Pt 纳米粒子用于甲醇催化性能表现出较高的电化学活性面积。Pt/e-RGO-SWCNT自支撑膜膜材料可作为一种性能优异的柔性电极材料,其催化性能不受膜材料折叠的影响,由于不需要外加电极或集流体,这为其在柔性燃料电池应用提供了可能。
  该工作得到了国家自然科学基金(21475076)和山东大学分析测试中心的支持。
  侯士峰教授团队研究领域集中于碳纳米材料、金属纳米材料、表面修饰、电分析化学、传感器领域基础研究与应用开发,目前主要从事能源、环境、化学传感器,智能穿戴、装备与制造领域的纳米材料研究在相关产业化应用领域处于国内外领先水平。
  文章来源:侯士峰教授团队


 
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