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南洋理工大學Hua Zhang課題組–石墨烯基貴金屬納米復合材料用于電催化應用的研究進展

快速的工業化進程已經在能源危機和環境污染方面帶來了全球挑戰,這可能通過清潔和可再生能源來解決。用于清潔能源收集的高效電化學系統需要高性能的電催化劑,包括Au、Pt、Pd、Ru等。石墨烯是一種單層2D碳納米片,具有許多有趣的性質,并引起了極大的研究關注。具體地,石墨烯和石墨烯衍生物已被用作合成各種貴金屬納米復合材料的模板,在電催化能量轉換應用中顯示出優異的性能,例如析氫反應和CO2還原。在此,總結了基于石墨烯的貴金屬納米復合材料的最新進展,重點在于它們的合成方法和電催化應用。此外,還提出了一些關于該研究領域的挑戰和未來可能工作的個人見解。

南洋理工大學Hua Zhang課題組--石墨烯基貴金屬納米復合材料用于電催化應用的研究進展

Figure 1. a)rGO上中孔Pd納米顆粒的TEM圖像;b)GO納米片上AuSSs形成過程的示意圖;c)GO上合成AuSSs的TEM圖像;插圖:典型AuSS的晶體學模型;d)GO納米片上AuSS的SAED圖案;e)明場TEM圖像,和f)具有(101)f取向的典型fcc Au@Pd菱形納米板的相應SAED圖案;g)GO上Au納米線的TEM圖像;插圖:相應的SAED模式;h)AuCN納米線在石墨烯上的TEM圖像;插圖:相應的SAED模式;i)AuCN納米線在石墨烯上定向生長的示意圖;j)通過在石墨烯上熱分解AuCN納米線形成的金納米顆粒鏈。

南洋理工大學Hua Zhang課題組--石墨烯基貴金屬納米復合材料用于電催化應用的研究進展

Figure 2. a)rGO上PtPd納米樹脂的TEM圖像;b)梯狀PtCo納米立方體、c)凹PtCo納米立方體、d)rGO上凹PtCo多面體的TEM圖;插圖:相應的尺寸分布直方圖和結構模型;e)通過以下方式固定AgPd納米顆粒在rGO上的示意圖:i)直接還原和ii)非貴金屬犧牲方法;f)Au納米棱柱/Pt納米結構/rGO的TEM圖像;g)a-Au/CeOx/rGO納米復合材料的STEM圖像;插圖:a-Au/CeOx/rGO納米復合材料在水中的照片;h)a-Au/CeOx/rGO和c-Au/rGO納米復合材料的XRD圖案;i)a-Au/CeOx/rGO納米復合材料的SAED圖案。

南洋理工大學Hua Zhang課題組--石墨烯基貴金屬納米復合材料用于電催化應用的研究進展

Figure 3. a)低放大倍數和b)高放大倍數下單原子Pd/石墨烯的HAADF-STEM圖像;c)Pd K邊緣的EXAFS;S摻雜石墨烯上單原子Pt的d)HAADF-STEM圖像和e)TEM圖像;f)Pt-S4復合物的原子結構;陷入二元的Pt原子的g)HRTEM圖像和h)原子模型;陷入三維空間的Pt原子的I)HRTEM圖像和j)原子模型。

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Figure 4.?三種不同Pd@Pt/石墨烯混合結構的a)示意圖和b)TEM圖像。

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Figure 5. a)FePt/石墨烯催化劑的TEM圖像;b)FePt/G、FePt/C和商業Pt/C催化劑的ORR極化曲線;c)FePt/G、FePt/C和商業Pt/C催化劑ORR活性的比較;d)FePt/G催化劑的ORR極化曲線。

南洋理工大學Hua Zhang課題組--石墨烯基貴金屬納米復合材料用于電催化應用的研究進展

Figure 6. Pt/Ni(OH)2/rGO三元雜化體的a)TEM圖像、b)HRTEM圖像和c)HAADF-STEM圖像;d)(c)的相應映射圖像(組合的Pt和Ni);e)Pt/Ni(OH)2/rGO-4在1 M KOH中的CV曲線;f)Pt/Ni(OH)2/rGO-4、Pt/rGO和商業20wt%Pt/C在1 M甲醇/1 M KOH中的CV曲線;g)與Pt/rGO、商業20wt%Pt/C和20wt%PtRu/C相比,Pt/Ni(OH)2/rGO-4在1M甲醇/1 M KOH中短期耐久性測量;(h)商業20wt%Pt/C、(i)市售20wt%PtRu/C和(j)Pt/Ni(OH)2/rGO在1 M KOH中的CO分離實驗。

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Figure 7.?(a)1-AuNP和(b)2-AuNP納米復合材料的示意圖;1-AuNP(藍色三角形)、2a-AuNP(紅色圓圈)、2b-AuNP(黑色方塊)和炭黑-AuNP(綠色菱形)復合電極產生CO的(c)法拉第效率、(d)電流、(e)塔菲爾斜率和(f)穩定性。

相關研究成果于2019年由南洋理工大學Hua Zhang課題組,發表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201800696)上。原文:Recent Progress in Graphene‐Based Noble‐Metal Nanocomposites for Electrocatalytic Applications。

本文來自石墨烯雜志,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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