一锅法溶热合成PtAu/3D石墨烯气凝胶，用于甲醇燃料电池

摘要：石墨烯气凝胶（GA）以其疏松多孔的三维结构而闻名，因其卓越的机械强度、导热性和电学特性，已被广泛研究并应用于各个领域。然而，GA 通常是通过冷冻干燥法制成的，这种方法既昂贵又耗时。本文，上海大学Liqiang Luo、中国科学院长春应用化学研究所Fenghua

1成果简介

石墨烯气凝胶（GA）以其疏松多孔的三维结构而闻名，因其卓越的机械强度、导热性和电学特性，已被广泛研究并应用于各个领域。然而，GA 通常是通过冷冻干燥法制成的，这种方法既昂贵又耗时。本文，上海大学Liqiang Luo、中国科学院长春应用化学研究所Fenghua Li、Qixian Zhang等研究人员在《ELECTROANALYSIS》期刊发表名为“One-Pot Solvothermal Synthesis of PtAu/3d Graphene Aerogels for Methanol Fuel Cells”的论文，研究提出了一种一锅水热合成法，成功制备了铂-金纳米粒子嵌入石墨烯气凝胶（PtAu/3DGA）。所制备的 PtAu/3DGA 材料具有高度交联的三维多孔结构、较大的比表面积和均匀分散的金属纳米颗粒，这是其具有优异性能的主要原因。作为甲醇燃料电池催化剂，PtAu/3DGA 的催化活性达到 638.3 mA mg-1，并能保持出色的长期稳定性。这种方法不仅改善了铂基替代品成本高、催化性能有限的问题，还提供了一种可扩展的高效制造途径。PtAu/3DGA 的出色性能突显了其在燃料电池、超级电容器、光催化和传感器等多个领域的潜在应用。这项工作为开发具有多功能应用的先进材料提供了一种前景广阔的策略。

2图文导读

图1、Schematic mechanism for the preparation of PtAu/3DGA catalyst.

图2、(a) Cross-sectional SEM image of pristine GA. (b) SEM image of GA loaded with PtAu NPs. (c) TEM image of GA loaded with PtAu NPs; the inset page showing the particle size distribution of PtAu NPs. (d) High-resolution TEM image of individual PtAu NPs.

图3、(a) XRD patterns of GO, GA, Pt/3DGA, and PtAu/3DGA; (b) comparative XRD patterns of Pt/3DGA and PtAu/3DGA; and (c) Raman spectra of GO, GA, Pt/3DGA, and PtAu/3DGA.

图4、(a) XPS wide scan of PtAu/3DGA. (b) C1s, (c) Pt4f, and (d) Au4f narrow scan of PtAu/3DGA.

图5、(a) CVs of the PtAu/3DGA (red), Pt/3DGA (black), PtAu/G (green), and PtAu/CB (blue) composites in a 0.5 M H2SO4 solution. (b) CVs for methanol oxidation reaction catalyzed by PtAu/3DGA (a), Pt/3DGA (b), PtAu/G (c), and PtAu/CB (d) composites in the mixture solution containing 0.5 M H2SO4 and 1 M CH3OH.

图6、(a) Relationship of normalized peak current density and cycle numbers for PtAu/3DGA, Pt/3DGA, PtAu/G, and PtAu/CB catalysts. (b) Relationship between mass activity and cycle numbers for PtAu/3DGA, Pt/3DGA, PtAu/G, and PtAu/CB catalysts.

3小结

总之，通过简化的一锅热溶剂法成功合成了 PtAu/3DGA 催化剂。PtAu/3DGA 催化剂具有相互连接的疏松多孔结构网络、巨大的比表面积和高孔隙率。PtAuNPs 的平均直径约为 2.9 nm。值得注意的是，PtAu/3DGA 的峰值电流密度超过 638.4 mA mg-1，优于该领域的大多数报告值。与传统催化剂相比，PtAu/3DGA 的电催化活性和长期稳定性更胜一筹，其正向峰值电流密度在循环1000 次后仅下降 8.9%。因此，PtAu/3DGA有可能应用于燃料电池、超级电容器、光催化和传感器等多个领域。

文献：