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南洋理工大学Hua Zhang课题组–石墨烯基贵金属纳米复合材料用于电催化应用的研究进展

快速的工业化进程已经在能源危机和环境污染方面带来了全球挑战,这可能通过清洁和可再生能源来解决。用于清洁能源收集的高效电化学系统需要高性能的电催化剂,包括Au、Pt、Pd、Ru等。石墨烯是一种单层2D碳纳米片,具有许多有趣的性质,并引起了极大的研究关注。具体地,石墨烯和石墨烯衍生物已被用作合成各种贵金属纳米复合材料的模板,在电催化能量转换应用中显示出优异的性能,例如析氢反应和CO2还原。在此,总结了基于石墨烯的贵金属纳米复合材料的最新进展,重点在于它们的合成方法和电催化应用。此外,还提出了一些关于该研究领域的挑战和未来可能工作的个人见解。

南洋理工大学Hua Zhang课题组--石墨烯基贵金属纳米复合材料用于电催化应用的研究进展

Figure 1. a)rGO上中孔Pd纳米颗粒的TEM图像;b)GO纳米片上AuSSs形成过程的示意图;c)GO上合成AuSSs的TEM图像;插图:典型AuSS的晶体学模型;d)GO纳米片上AuSS的SAED图案;e)明场TEM图像,和f)具有(101)f取向的典型fcc Au@Pd菱形纳米板的相应SAED图案;g)GO上Au纳米线的TEM图像;插图:相应的SAED模式;h)AuCN纳米线在石墨烯上的TEM图像;插图:相应的SAED模式;i)AuCN纳米线在石墨烯上定向生长的示意图;j)通过在石墨烯上热分解AuCN纳米线形成的金纳米颗粒链。

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Figure 2. a)rGO上PtPd纳米树脂的TEM图像;b)梯状PtCo纳米立方体、c)凹PtCo纳米立方体、d)rGO上凹PtCo多面体的TEM图;插图:相应的尺寸分布直方图和结构模型;e)通过以下方式固定AgPd纳米颗粒在rGO上的示意图:i)直接还原和ii)非贵金属牺牲方法;f)Au纳米棱柱/Pt纳米结构/rGO的TEM图像;g)a-Au/CeOx/rGO纳米复合材料的STEM图像;插图:a-Au/CeOx/rGO纳米复合材料在水中的照片;h)a-Au/CeOx/rGO和c-Au/rGO纳米复合材料的XRD图案;i)a-Au/CeOx/rGO纳米复合材料的SAED图案。

南洋理工大学Hua Zhang课题组--石墨烯基贵金属纳米复合材料用于电催化应用的研究进展

Figure 3. a)低放大倍数和b)高放大倍数下单原子Pd/石墨烯的HAADF-STEM图像;c)Pd K边缘的EXAFS;S掺杂石墨烯上单原子Pt的d)HAADF-STEM图像和e)TEM图像;f)Pt-S4复合物的原子结构;陷入二元的Pt原子的g)HRTEM图像和h)原子模型;陷入三维空间的Pt原子的I)HRTEM图像和j)原子模型。

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Figure 4. 三种不同Pd@Pt/石墨烯混合结构的a)示意图和b)TEM图像。

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Figure 5. a)FePt/石墨烯催化剂的TEM图像;b)FePt/G、FePt/C和商业Pt/C催化剂的ORR极化曲线;c)FePt/G、FePt/C和商业Pt/C催化剂ORR活性的比较;d)FePt/G催化剂的ORR极化曲线。

南洋理工大学Hua Zhang课题组--石墨烯基贵金属纳米复合材料用于电催化应用的研究进展

Figure 6. Pt/Ni(OH)2/rGO三元杂化体的a)TEM图像、b)HRTEM图像和c)HAADF-STEM图像;d)(c)的相应映射图像(组合的Pt和Ni);e)Pt/Ni(OH)2/rGO-4在1 M KOH中的CV曲线;f)Pt/Ni(OH)2/rGO-4、Pt/rGO和商业20wt%Pt/C在1 M甲醇/1 M KOH中的CV曲线;g)与Pt/rGO、商业20wt%Pt/C和20wt%PtRu/C相比,Pt/Ni(OH)2/rGO-4在1M甲醇/1 M KOH中短期耐久性测量;(h)商业20wt%Pt/C、(i)市售20wt%PtRu/C和(j)Pt/Ni(OH)2/rGO在1 M KOH中的CO分离实验。

南洋理工大学Hua Zhang课题组--石墨烯基贵金属纳米复合材料用于电催化应用的研究进展

Figure 7. (a)1-AuNP和(b)2-AuNP纳米复合材料的示意图;1-AuNP(蓝色三角形)、2a-AuNP(红色圆圈)、2b-AuNP(黑色方块)和炭黑-AuNP(绿色菱形)复合电极产生CO的(c)法拉第效率、(d)电流、(e)塔菲尔斜率和(f)稳定性。

相关研究成果于2019年由南洋理工大学Hua Zhang课题组,发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201800696)上。原文:Recent Progress in Graphene‐Based Noble‐Metal Nanocomposites for Electrocatalytic Applications。

本文来自石墨烯杂志,本文观点不代表利特纳米立场,转载请联系原作者。

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