超臨界流體輔助制備石墨烯

石墨烯以其優異的物理機械性能，如巨大的表面積、的導電性及穩定性，在許多學科領域引起了廣泛的關注。尤其是在燃料電池領域，石墨烯與金屬納米粒子結合構建新一代催化劑已經成為一種新的途徑。本論文主要研究討論了氧化石墨、低缺陷石墨烯的制備，并以此類材料為載體，與Pd納米粒子以及PtRuNi三元納米粒子結合形成的新型催化劑在燃料電池中的應用。主要內容包括：

 1.本實驗利用氧化石墨表面大量的含氧基團，將其充分溶解于甲醇溶液中，使其形成層數較少的氧化石墨烯的均相溶液。再通過超臨界CO2和甲醇的混合流體，將DMAB產生的H2運輸到氧化石墨烯的各個角落。氧化石墨烯較薄的層數和超臨界流體的滲透能力，不僅有利于氧化石墨烯的充分還原，還有利于金屬前驅體在較大比表面積的石墨烯表面均勻地分散，進而制得高性能的電化學催化劑。通過XRD、TEM、EDS、XPS等方法分析了PtRuNi/石墨烯復合物的結構和組成。并用電化學的方法比較了CCG/PtRuNi，CCG/PtRu與XC-72/PtRuNi(其中CCG為化學輔助還原石墨烯，XC-72為炭黑)的甲醇和乙醇的電催化活性，結果顯示我們制備的CCG/PtRuNi顯著提高甲醇和乙醇電催化活性。

 2.本實驗利用較低濃度酸在冷凝回流的條件下處理石墨烯片層，使得石墨烯片層上具有充足但不過量的含氧基團，這些含氧基團既可以調節石墨烯在溶劑中的溶解性，又可以作為鈀納米粒子沉積時的成核點。再以制備好的低缺陷石墨烯(LDG)為原料，在超臨界CO2和甲醇混合流體的輔助下，將鈀納米粒子成功負載到石墨烯表面。通過XRD、TEM、EDS、XPS、拉曼等方法分析了鈀/石墨烯復合物的結構和組成。并用電化學的方法比較了LDG/Pd，CCG/Pd，PG/Pd與XC-72/Pd(其中LDG為低缺陷石墨烯，CCG為化學輔助還原石墨烯，PG為直接剝離石墨烯，XC-72為炭黑)的甲酸和甲醇的電催化活性，結果顯示我們制備的LDG/Pd明顯改善甲酸和甲醇電催化活性。

 3.本實驗利用較低濃度酸在冷凝回流的條件下處理石墨烯片層，使得石墨烯片層上具有充足但不過量的含氧基團。這些含氧基團既可以調節石墨烯在溶劑中的溶解性，又可以作為金屬納米粒子沉積時的成核點。再以制備好的低缺陷石墨烯(LDG)為原料，利用超臨界CO2和甲醇混合流體的分散性好、粘度低、密度可控、和表面張力為零等優點，將Pt、Ru、Ni等金屬納米粒子成功的負載到石墨烯表面。通過XRD、TEM、EDS、XPS、拉曼等方法分析了PtRuNi/石墨烯復合物的結構和組成。并用電化學的方法比較了LDG/PtRuNi，LDG/PtRu，LDG/Pt，CCG/PtRuNi與XC-72/PtRuNi(LDG為低缺陷石墨烯，CCG為化學輔助還原石墨烯，XC-72為炭黑)的甲醇和乙醇的電催化活性，結果顯示我們制備的LDG/PtRuNi遠優于文獻報道的甲醇和乙醇電催化活性。