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山东大学侯士峰教授团队在石墨烯柔性电极催化剂领域取得进展

柔性电子产品由于其重量轻,便携性和可折叠性而受到广泛关注。近年来,随着时代的发展,灵活的供电设备应运而生,发展势头迅猛,受到越来越多的关注。柔性储能装置广泛用于超级电容器,可充电电池和太阳能电池中。

柔性燃料电池通常使用粘合剂来将高活性催化剂支撑到柔性载体上,但粘合剂的导电性差将导致电解质与催化活性位点之间的接触面积减小并且催化剂的催化性能降低。研究人员已尝试将高活性催化剂装载到柔性支撑物上而不使用粘合剂来制备柔性燃料电池,但迄今为止很少报道。

此外,由于石墨烯薄膜具有高比表面积,良好的导电性,优异的机械强度和柔韧性,因此可以用作可以承载柔性电子器件的电极材料的柔性导电载体材料。然而,制备具有高比表面积和优异导电性的石墨烯柔性自支撑膜的方法麻烦且昂贵,从而限制了其实际应用。

为此,侯世峰教授以聚苯乙烯微球为模板,制备了三维多孔自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT)作为载体负载催化剂和集电器,研究了醇类燃料电池的电催化性能。研究表明,3D多孔自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT)在不同状态(拉伸,折叠和扭曲状态)的电催化性能几乎没有变化。

其中,以聚苯乙烯微球(PS)为模板,制备具有高比表面积和高导电率的三维多孔石墨烯(RGO)/单壁碳纳米管(SWCNTs)自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT) 。 PS用于形成规则的多孔石墨烯(e-RGO),并且SWCNT穿透e-RGO以形成柔性导电膜。自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT)可以支持Pt纳米颗粒以形成Pt/e-RGO-SWCNT。与同类催化剂相比,它表现出更高的电催化活性和甲醇氧化耐久性。

为了研究催化剂的实际应用,验证了Pt/e-RGO-SWCNT(0.6)在不同弯曲状态(如折叠,螺旋)下的催化能力。当薄膜材料折叠和螺旋时,弯曲状态下甲醇活性的薄膜电催化氧化相对于未弯曲状态的薄膜仅略微降低。该结果表明Pt/e-RGO-SWCNT(0.6)膜可用作柔性可折叠电极材料,并且在可穿戴设备中具有潜在应用。

自支撑柔性膜材料(e-RGO-SWCNT)用作载体负载的Pt纳米颗粒,用于表现出甲醇催化性能的高电化学活性区域。 Pt/e-RGO-SWCNT自支撑膜材料可用作具有优异性能的柔性电极材料。其催化性能不受膜材料折叠的影响。由于它不需要外部电极或集电器,因此适用于柔性燃料电池。该应用程序提供了可能性。

该项工作得到了国家自然科学基金()和山东大学分析测试中心的支持。

侯世峰教授的团队研究重点是碳纳米材料,金属纳米材料,表面改性,电分析化学,传感器领域的基础研究和应用开发。目前,他主要从事能源,环境,化学传感器,智能磨损的纳米材料,设备和制造。该研究在相关工业应用领域处于国内外领先水平。