《低維二氧化鈰/石墨烯異質納米結構的合成與特性研究》是依託北京郵電大學，由雷鳴擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低維二氧化鈰/石墨烯異質納米結構的合成與特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：雷鳴
- 依託單位：北京郵電大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目採用水熱和溶劑熱合成法，以氧化石墨烯和低維CeO2納米材料如納米棒、納米線、納米立方體、納米多面體為初始反應物，通過控制反應物的濃度與種類、反應時間和反應溫度，可控合成出多種低維CeO2/石墨烯異質納米結構，並全面表征這些異質納米結構的組成、微觀結構以及CeO2與石墨烯界面間的微觀結構。進一步通過系統研究這些CeO2/石墨烯異質納米結構樣品的氧空位濃度變化規律、光催化特性以及作為催化劑載體在質子交換膜燃料電池中的電化學特性，獲得這些異質納米材料的光催化性能、電化學特性與異質納米結構特性之間的內在關聯，大幅提高CeO2/石墨烯納米結構的光催化特性，有效改善燃料電池催化劑抗自由基壽命，大大緩解質子交換膜燃料電池催化層退化問題。
結題摘要
新型環境材料和清潔能源對保障國家能源安全、促進經濟可持續發展、建立資源節約和環境友好的和諧社會具有重大的支撐意義。其中以稀土金屬氧化物二氧化鈰(CeO2)為載體或催化劑在控制汽車尾氣污染和清潔能源等領域有重要的套用前景而逐漸成為研究熱點。本項目採用水熱和溶劑熱合成法，以氧化石墨烯和低維CeO2納米材料如納米棒、納米線、納米立方體、納米多面體為初始反應物，通過控制反應物的濃度與種類、反應時間和反應溫度，可控合成出多種低維CeO2/石墨烯異質納米結構，實現CeO2納米材料與還原氧化石墨烯的摩爾比連續可調。進一步系統研究這些CeO2/石墨烯異質納米結構的氧空位濃度變化規律、光催化特性以及作為催化劑載體在質子交換膜燃料電池中的電化學特性。研究結果表明：低維CeO2/石墨烯異質納米結構可以作為自由基清除劑來提高催化劑的耐久性。在 0.8–1.23 V高電壓下，經過50000次CV循環後，低維CeO2/石墨烯異質納米結構的催化活性仍能保持原活性的69%，遠高於Pt-還原氧化石墨烯催化劑19%的活性保持率。其作用機理在於CeO2納米材料具有清除自由基活性的能力，能顯著降低Nafion質子交換膜的化學退化，從而緩解Pt催化劑的衰退狀態，最終實現Pt-CeO2納米立方顆粒-還原氧化石墨烯納米複合催化劑的高循環壽命。這些研究結果為可控合成低維CeO2/石墨烯異質納米結構、異質納米結構與光電性能之間的內在聯繫以及異質納米結構工業化套用提供了新的思路。
