南洋理工大學(xué)Hua Zhang課題組–石墨烯基貴金屬納米復(fù)合材料用于電催化應(yīng)用的研究進展
快速的工業(yè)化進程已經(jīng)在能源危機和環(huán)境污染方面帶來了全球挑戰(zhàn)，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(xué)系統(tǒng)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(zhì)，并引起了極大的研究關(guān)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(fù)合材料的模板，在電催化能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用中顯示出優(yōu)異的性能，例如析氫反應(yīng)和CO2還原。在此，總結(jié)了基于石墨烯的貴金屬納米復(fù)合材料的最新進展，重點在于它們的合成方法和電催化應(yīng)用。此外，還提出了一些關(guān)于該研究領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和未來可能工作的個人見解。
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(xué)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(yīng)SAED圖案；g）GO上Au納米線的TEM圖像；插圖：相應(yīng)的SAED模式；h）AuCN納米線在石墨烯上的TEM圖像；插圖：相應(yīng)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。
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(yīng)的尺寸分布直方圖和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)/rGO的TEM圖像；g）a-Au/CeOx/rGO納米復(fù)合材料的STEM圖像；插圖：a-Au/CeOx/rGO納米復(fù)合材料在水中的照片；h）a-Au/CeOx/rGO和c-Au/rGO納米復(fù)合材料的XRD圖案；i）a-Au/CeOx/rGO納米復(fù)合材料的SAED圖案。
Figure 3. a）低放大倍數(shù)和b）高放大倍數(shù)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(fù)合物的原子結(jié)構(gòu)；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。
Figure 4.?三種不同Pd@Pt/石墨烯混合結(jié)構(gòu)的a）示意圖和b）TEM圖像。
Figure 5. a）FePt/石墨烯催化劑的TEM圖像；b）FePt/G、FePt/C和商業(yè)Pt/C催化劑的ORR極化曲線；c）FePt/G、FePt/C和商業(yè)Pt/C催化劑ORR活性的比較；d）FePt/G催化劑的ORR極化曲線。
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(yīng)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(yè)20wt％Pt/C在1 M甲醇/1 M KOH中的CV曲線；g）與Pt/rGO、商業(yè)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(yè)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。
Figure 7.?（a）1-AuNP和（b）2-AuNP納米復(fù)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(fù)合電極產(chǎn)生CO的（c）法拉第效率、（d）電流、（e）塔菲爾斜率和（f）穩(wěn)定性。
相關(guān)研究成果于2019年由南洋理工大學(xué)Hua Zhang課題組，發(fā)表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201800696）上。原文：Recent Progress in Graphene‐Based Noble‐Metal Nanocomposites for Electrocatalytic Applications。
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