超临界流体辅助制备石墨烯

石墨烯以其优异的物理机械性能，如巨大的表面积、的导电性及稳定性，在许多学科领域引起了广泛的关注。尤其是在燃料电池领域，石墨烯与金属纳米粒子结合构建新一代催化剂已经成为一种新的途径。本论文主要研究讨论了氧化石墨、低缺陷石墨烯的制备，并以此类材料为载体，与Pd纳米粒子以及PtRuNi三元纳米粒子结合形成的新型催化剂在燃料电池中的应用。主要内容包括：

 1.本实验利用氧化石墨表面大量的含氧基团，将其充分溶解于甲醇溶液中，使其形成层数较少的氧化石墨烯的均相溶液。再通过超临界CO2和甲醇的混合流体，将DMAB产生的H2运输到氧化石墨烯的各个角落。氧化石墨烯较薄的层数和超临界流体的渗透能力，不仅有利于氧化石墨烯的充分还原，还有利于金属前驱体在较大比表面积的石墨烯表面均匀地分散，进而制得高性能的电化学催化剂。通过XRD、TEM、EDS、XPS等方法分析了PtRuNi/石墨烯复合物的结构和组成。并用电化学的方法比较了CCG/PtRuNi，CCG/PtRu与XC-72/PtRuNi(其中CCG为化学辅助还原石墨烯，XC-72为炭黑)的甲醇和乙醇的电催化活性，结果显示我们制备的CCG/PtRuNi显著提高甲醇和乙醇电催化活性。

 2.本实验利用较低浓度酸在冷凝回流的条件下处理石墨烯片层，使得石墨烯片层上具有充足但不过量的含氧基团，这些含氧基团既可以调节石墨烯在溶剂中的溶解性，又可以作为钯纳米粒子沉积时的成核点。再以制备好的低缺陷石墨烯(LDG)为原料，在超临界CO2和甲醇混合流体的辅助下，将钯纳米粒子成功负载到石墨烯表面。通过XRD、TEM、EDS、XPS、拉曼等方法分析了钯/石墨烯复合物的结构和组成。并用电化学的方法比较了LDG/Pd，CCG/Pd，PG/Pd与XC-72/Pd(其中LDG为低缺陷石墨烯，CCG为化学辅助还原石墨烯，PG为直接剥离石墨烯，XC-72为炭黑)的甲酸和甲醇的电催化活性，结果显示我们制备的LDG/Pd明显改善甲酸和甲醇电催化活性。

 3.本实验利用较低浓度酸在冷凝回流的条件下处理石墨烯片层，使得石墨烯片层上具有充足但不过量的含氧基团。这些含氧基团既可以调节石墨烯在溶剂中的溶解性，又可以作为金属纳米粒子沉积时的成核点。再以制备好的低缺陷石墨烯(LDG)为原料，利用超临界CO2和甲醇混合流体的分散性好、粘度低、密度可控、和表面张力为零等优点，将Pt、Ru、Ni等金属纳米粒子成功的负载到石墨烯表面。通过XRD、TEM、EDS、XPS、拉曼等方法分析了PtRuNi/石墨烯复合物的结构和组成。并用电化学的方法比较了LDG/PtRuNi，LDG/PtRu，LDG/Pt，CCG/PtRuNi与XC-72/PtRuNi(LDG为低缺陷石墨烯，CCG为化学辅助还原石墨烯，XC-72为炭黑)的甲醇和乙醇的电催化活性，结果显示我们制备的LDG/PtRuNi远优于文献报道的甲醇和乙醇电催化活性。