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石墨烯可用于新型燃料電池催化劑

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石墨烯可用于新型燃料電池催化劑

發布日期:2019-07-15 作者: 點擊:

  據新華社報道,印度研究人員近期開發出一種新型燃料電池催化劑,相較現有的鉑基催化劑,新型催化劑的使用成本大幅降低,且穩定性和轉化效率更高。


  研究團隊5月在雜志上發表相關報告稱,將少量硒和大量石墨烯進行化學反應時,會得到一種新的硒-石墨烯催化劑,不僅可用于燃料電池,且成本低廉。這種催化劑還可以有效解決燃料電池普遍存在的“中毒”效應問題。


  數據顯示,全球石墨烯相關專利和知識產權的申請數量逐年遞增,相關技術正在由成長階段向技術成熟階段過渡,中國石墨烯專利數量和相關研究位于世界前列。隨著石墨烯研究的發展和技術的進步,未來石墨烯的下游應用將會逐步擴大。


  石墨烯的可控電化學及傳感應用


  石墨烯作為一種具有獨特的電學、熱力學、機械性能等特性的二維材料,已經被廣泛應用于材料科學和電化學領域。自2004年石墨烯問世以來,涌現出了大量制備石墨烯的方法,這些制備方法大體可分為兩類:自下而上法及自上而下法。自上而下的方法,諸如球磨剝離,超聲剝離、電化學剝離、化學氧化剝離等,大多是利用物理或化學的手段去克服石墨層間的范德華力,從而獲得超薄的石墨烯納米片。

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  相比于自下而上制備石墨烯的方法(化學氣相沉積、外延生長等),自上而下法更有可能實現石墨烯的大規模生產。在目前所報道的自上而下方法中,球磨剝離法吸引了人們廣泛的注意。球磨剝離法是利用研磨球高速運動產生的剪切力來破壞石墨層間的范德華力,是一種能夠同時兼顧石墨烯高產率和高品質的制備方法。


  毫無疑問,內蒙古石墨烯潤滑油球磨條件(球磨時間、輔助試劑、球磨介質等)對于所獲得石墨烯的品質,產率和性能至關重要。然而,迄今為止很少有研究深入探討球磨條件對石墨烯納米片結構(尺寸、厚度、邊緣缺陷)和本征電化學特性(活性面積,催化能力)的影響規律。與此同時,石墨烯納米片結構的改變如何影響其電化學傳感特性更是尚未闡明。


  華中科技大學化學與化工學院吳康兵教授和湖北大學材料科學與工程學院吳燦副教授合作發表了署名文章(Small,2019,1805567),提出了一種簡單制備高品質石墨烯的方法,并深入探討了球磨時間(0 – 16 h)對所得石墨烯納米片結構和電化學性能的影響規律。研究表明,在水/醇混合溶液中,十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的輔助下球磨石墨粉,可快速高效獲得高品質石墨烯懸濁液。


  通過改變球磨時間,可以對石墨烯納米片的尺寸、形貌、邊緣缺陷程度、電化學活性面積和催化能力進行有效調控。隨著球磨時間的增加,石墨烯納米片的尺寸和厚度逐漸減小,邊緣缺陷逐漸增加,進而導致石墨烯納米片電化學活性面積、電子傳遞特性及催化能力逐步提高。


  與此同時,發現獲得的石墨烯納米片對多種環境酚類污染物(對苯二酚,對氯苯酚、對硝基苯酚)顯示了高的電化學氧化活性,且其傳感特性與球磨時間密切相關。


  最后,基于所獲得的高活性石墨烯納米片敏感界面,成功地構建了一種可同時檢測對苯二酚,對氯苯酚和對硝基苯酚的高靈敏電化學傳感平臺,檢出限分別達到了0.017, 0.024和0.42 mg L?1。


  研究者相信,此項工作豐富了石墨烯納米片材料電化學性能調控研究領域,為進一步拓展石墨烯的電化學構效關系研究打下了基礎,并豐富了其在電化學傳感方面的內涵。相關論文在線發表在Small (DOI: 10.1002/smll.201805567)上。論文的第一作者為吳康兵教授課題組博士生李曉宇。


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