【摘 要】
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质子交换膜燃料电池由于其高能量密度、高转换率、低工作温度及快速响应等优点而备受关注。然而，在车用电源领域，其性能还有待进一步提高，才能与现有的内燃机相竞争。电化学催化
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质子交换膜燃料电池由于其高能量密度、高转换率、低工作温度及快速响应等优点而备受关注。然而，在车用电源领域，其性能还有待进一步提高，才能与现有的内燃机相竞争。电化学催化剂是质子交换膜燃料电池的关键材料之一。目前，质子交换膜燃料电池主要采用贵金属铂作为催化剂材料，从而导致其成本较高，严重制约了质子交换膜燃料电池的商业化应用。在催化剂中加入过渡金属元素形成铂基二元金属材料，能够有效的降低铂的使用从而减少成本。此外，催化剂载体材料对催化剂的活性和稳定性也起着至关重要的作用。石墨烯由于其优异的电子和力学等性能，使其成为催化剂的理想载体之一。因此，制备了铂基合金材料(FePt)和石墨烯的复合材料，并研究了其电催化性能。主要内容如下:
首先，通过改进的Hummes’法成功制备了氧化石墨(GO);利用乙二醇为溶剂，通过改变GO的加入量及Fe盐的加入量，制备了FePt、FePt/rG-O-2、FePt/rG-O-5及Pt/rG-O纳米复合材料。通过TEM、EDS、XRD、XPS和Raman对纳米复合材料进行表征，结果显示:大部分GO被还原为石墨烯(rG-O)，且GO和Fe盐的含量对FePt纳米粒子的形貌影响较大。通过调整不同的反应参数，实现了FePt纳米粒子和由纳米粒子组装的花状纳米簇在石墨烯上的负载，并对花状纳米簇的形成机理进行了探讨。
其次，进一步研究了各种反应参数，如金属盐及GO的含量、金属盐比例、反应介质的溶剂比、添加还原剂（1、2-十六烷二醇）以及铂盐的种类等，来对石墨烯负载FePt纳米粒子的影响。实验结果表明:FePt纳米粒子在石墨烯表面的分布密度与金属盐的含量以及GO的加入量有关;金属盐的比例(Fe∶ Pt)对负载的纳米粒子的形貌影响很大;调节反应介质的溶剂比例，可以影响负载的纳米粒子的尺寸。
最后，通过循环伏安法、氧还原活性及循环稳定性测试，研究了FePt/rG-O、Pt/rG-O和FePt等纳米材料的电化学性能并与商业Pt/C进行了比较。结果显示:电化学活性顺序为FePt/rG-O-2＞FePt/rG-O-5＞商业Pt/C＞Pt/rG-O＞FePt;各种催化剂材料的电化学稳定性顺序为FePt/rG-O-2＞FePt/rG-O-5＞商业Pt/C。这些结果说明FePt/rG-O具有良好的氧还原电催化活性和稳定性。此外，还讨论各种催化剂材料的催化甲醇氧化的活性影响。
本论文通过一步法在不添加表面活性剂的条件下成功制备了FePt/石墨烯材料，可以得到具有不同纳米结构（粒子状和花簇状的）的FePt粒子负载在石墨烯片上。相比商业Pt/C，所制备的FePt/石墨烯材料具有更加优异的电催化活性。合成方法简便且成本低廉可适用于制备其它铂基/石墨烯(Pt-M/rG-O)纳米复合材料材料，并可以应用于催化和能源等领域。
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