近日，我院林東海教授課題組與蘇州大學馬艷蕓副教授在國際期刊《Rare Metals》上在線發表了題為“Enhanced ethanol oxidation over Pd nanoparticles supported porous graphene-doped MXene using polystyrene particles as sacrificial templates”的研究論文，該論文是以上海第二工業大學碩士研究生陳藝哲為第一作者，上海第二工業大學能源與材料學院林東海教授、蘇州大學馬艷蕓副教授為共同通訊作者。
圖文摘要
如何制備低成本和催化性能優異的鈀基催化劑是提升直接乙醇燃料電池性能的關鍵。為了進一步提高乙醇氧化的催化性能，以聚苯乙烯（PS）微球為犧牲模板制備由氧化石墨烯（GO）和MXene共同構建的Pd基三維多孔催化劑（Pd/GO-MXene-PS）。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和氮氣吸附脫附曲線（BET）對Pd/GO-MXene-PS催化劑的三維多孔結構進行了表征。通過優化MXene與GO的摻雜比例，Pd/GO5-MXene5-PS催化劑對乙醇電催化氧化的質量活性（2944.0 mA mg-1）是商用Pd/C（950.4 mA mg-1）催化劑的3.0倍。旋轉圓盤電極測試（RDE）的結果表明，Pd/GO5-MXene5-PS具有更快的乙醇氧化動力學。Pd/GO5-MXene5-PS優異的乙醇電催化氧化活性和乙醇氧化動力學過程可歸因于優異的三維互連多孔結構、大表面積、良好的導電性和均勻的Pd納米粒子分布。本文提出了一種制備三維MXene復合材料的新方法，為開發用于直接乙醇燃料電池催化劑提供了新思路。
三維Pd/GO-MXene-PS的制備示意圖
圖1(a, b) Pd/GO-MXene-PS的SEM圖像;(c, d) Pd/GO-MXene-PS的TEM圖像;(e) Pd/GO5-MXene5-PS的HRTEM圖像(f) Pd/GO-MXene-PS的EDS表征。
圖2.（a）Pd/GO10-MXene0-PS、Pd/GO7-MXene3-PS、Pd/GO5-MXene5-PS、Pd/GO3-MXene7-PS、Pd/GO0-MXene10-PS和Pd/GO5-MXene5的XRD圖；（b）Pd/GO10-MXene0-PS、Pd/GO5-MXene5-PS和Pd/GO0-MXene10-PS的拉曼光譜；Pd/GO5-MXene5-PS和Pd/GO5-MXene5；（c）氮氣吸附曲線（d）孔徑分布
圖3 Pd/GO5-MXene5-PS的XPS譜圖（a）全譜，（b）Pd 3d的高分辨率譜圖
圖4 商業Pd/C和6種催化劑在（a）0.5 M H2SO4；（b）1 M KOH+1 M C2H5OH中的CV圖;（c）正向電流密度的柱狀圖;（d）i-t曲線。商業Pd/C、Pd/GO5-MXene5-PS和Pd/GO5-MXene5催化劑在1M KOH+1 MC2H5OH（e）800次電位循環前后的CV圖；（f）正向電流密度隨掃描圈數變化情況。
圖5（a）商業Pd/C電極和（b）Pd/GO5-MXene5-PS以20 mV/s的掃描速率，在1 M C2H5OH和1 M KOH中進行的不同旋轉速率的RDE測試;（c）商業Pd/C電極和（d）Pd/GO5-MXene5-PS催化劑的Koutecky-Levich方程擬合曲線。（e）商業Pd/C電極和（f）Pd/GO5-MXene5-PS催化劑的塔菲爾斜率擬合曲線
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12598-022-02039-5