2022, Vol. 39
2. 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院综合能源技术研究中心, 北京 100038
2. Comprehensive Energy Research Center, Institute of Science and Technology, China Three Gorges Corporation, Beijing 100038, China
双电层超级电容器(EDLCs)作为一种具备快速充放电能力与长使用寿命的储能器件，已在电动汽车以及应急系统等领域实现了广泛应用[1-7]。然而，较低的能量密度(通常小于10 Wh ·kg-1)极大地制约了EDLCs的进一步发展。以EDLCs的能量密度计算公式(E=1/2CV2)为理论依据，EDLCs能量密度(E)的提升可通过提高多孔炭电极材料的比电容(C)或扩展其工作电压窗口(V)来实现[8-10]。其中，扩展电压窗口能够更高效地提升EDLCs的能量密度。
提高多孔炭电极材料本身的高电压耐受特性是扩展EDLCs电压窗口的有效手段。而多孔炭电极材料的耐电压特性与其表面的含氧基团密切相关[9]。在高电压环境(>3.0 V)下，多孔炭电极表面的含氧基团会被氧化，生成CO和CO2等气态产物[11, 12]。这些气态副产物会引发电极表面裂纹的产生，进而增大接触阻抗。此外，多孔炭电极表面的部分含氧基团会与电解液中的碳酸丙烯酯溶剂之间发生反应，生成1层高电阻的聚合物膜，进而降低电极材料的有效比表面积和导电性，最终导致EDLCs的容量快速衰减[13, 14]。因此，降低表面含氧基团的含量是提升多孔炭电极材料高电压耐受特性的关键。
在维持孔道结构的前提下脱除表面含氧基团，是改善多孔炭电极材料高电压耐受特性的可靠策略。本课题组以往的研究工作指出，选择镍基催化剂，利用催化剂表面的氢溢流效应能够在低温条件下高效脱除多孔炭电极材料表面的含氧基团，同时还不破坏其层次孔结构，从而提高了EDLCs的储能特性。然而，研究发现，Ni基催化剂作为一级氢溢流的催化剂时，由于Ni纳米颗粒(平均尺寸60~80 nm)直接负载在多孔炭材料(PC)上，Ni纳米颗粒和多孔炭PC之间存在Ni—C和Ni—O—C键等，限制了含氧基团的有效脱除[15]。而Ni基催化剂作为二级氢溢流的催化剂时，催化剂表面解离出的高活性氢原子能够实现在长距离范围(厘米级别)内的扩散，进而更加高效地脱除多孔炭表面的含氧基团，所得的多孔炭(PC-Ni-655)表面氧摩尔分数降低至3.4%。为了获取具有更低表面氧含量(< 3.0%)的多孔炭，同时降低脱除含氧基团时的反应温度，促进氢原子的解离并强化涉及高活性氢原子的剧烈加氢反应显得尤为重要。
提高催化剂的活性是促进氢原子的解离和强化涉及高活性氢原子的剧烈加氢反应的好方法。研究表明，相比于普通过渡金属(如Ni，Cu等)，贵金属Pt能够促进氢原子的解离和迁移[16, 17]。此外，普通Ni催化剂中的Ni纳米颗粒更容易发生团聚，降低了催化活性位点的暴露率[18]。而相比于Ni催化剂，Pt催化剂具有良好的稳定性，团聚趋势较小，更有利于催化剂活性位点的高暴露[19-21]。诚然，Pt系催化剂的成本问题也需要加以考虑。总体希望在保证必要的Pt催化剂的活性的基础上，减少Pt的用量并提高催化剂的使用寿命是共同关心的问题之一。
本研究选用负载有超细Pt纳米颗粒(< 10 nm)的炭材料(记为Pt/C，Pt质量分数为2%或5%)作为催化剂，利用Pt/C催化剂表面的氢溢流现象，脱除多孔炭表面的含氧基团。本研究比较了H2气氛下热还原脱氧与Pt/C催化剂作用下氢溢流脱氧对多孔炭材料的微观形貌、孔结构、石墨微晶结构以及表面含氧官能团含量的变化，揭示了不同还原方法脱除含氧基团的作用机制。在此之外，考察了重复使用多次后的Pt/C催化剂对多孔炭含氧基团的脱除效率。最后，探究了所得多孔炭电极材料在EDLCs中的储能特性及应用潜力。
1 实验与表征 1.1 实验部分H2气氛下热还原脱除多孔炭表面含氧基团：将装有多孔炭原料PC(21-KSN型)的瓷舟置于管式炉中，在氢氩混合气(体积分数为7% H2)的气氛中以5 ℃ ·min-1的速率升温至600 ℃，恒温1 h后自然降温得到H2气氛下热还原脱氧后的样品PC-600。
铂催化氢溢流脱除多孔炭表面含氧基团：将质量比为1∶1的PC与铂炭催化剂PtX/C放置在镍舟中。镍舟置于管式炉中，在氢氩混合气(体积分数为7% H2)的气氛中以5 ℃ ·min-1的速率升温至600 ℃，恒温1 h后自然冷却即可得到铂催化氢溢流脱氧后的样品PC-PtX/C-600。此处X表示铂炭催化剂中的铂质量分数，X%，本研究中取X为2或5。
1.2 材料表征采用场发射扫描电子显微镜(SEM，S-4800，Hitachi)与透射电子显微镜(TEM，JEM-F200，JEOL)对铂炭催化剂与脱氧前后多孔炭的微观形貌进行观察表征。借助全自动程序升温化学吸附仪(TPD，Auto Chem II 2920，Micromeritics)的氢气程序升温还原(H2-TPR)测试来确定铂催化氢溢流过程的温度区间。采用X射线衍射仪(XRD，D8-Focus，Bruker，Cu_Kα，λ=0.15406 nm)、物理吸附仪(3H-2000PS2，Beishide)和拉曼光谱分析仪(Raman，LabRAM HR Evolution，HORIBA)对铂炭催化剂与多孔炭的孔结构及石墨微结构进行表征。采取X射线光电子能谱(XPS, Perkin Elmer, PHI-1600)对脱氧前后多孔炭样品表面的氧含量及各含氧官能团含量进行分析。
1.3 电化学测试按照8∶1∶1的质量配比称取经研磨处理后的多孔炭材料、黏结剂PTFE与导电炭黑(Super P)于乙醇溶剂中混合均匀，再经超声分散形成均匀浆料后，置于鼓风干燥箱中去除多余溶剂。随后，将所得混合物均匀辊压成厚度100~120 μm的薄膜，并将所制薄膜均匀压制在集流体上，得到用于EDLCs的电极极片。其中，PC-Pt2/C-600-1st和PC-Pt5/C-600-1st电极材料的面密度分别为4.88和5.09 mg ·cm-2，体积密度分别为0.436和0.462 g ·cm-3。取所制极片与电解液(1 mol ·L-1 TEABF4/PC)组装有机系EDLCs。
采用便携式四通道电池测试系统(BT4，Arbin)对组装好的EDLCs进行恒流充放电测试。其中，测试电压区间为0~3.3 V，测试电流密度为0.05~5 A ·g-1。通过电化学工作站(CHI660E，辰华)对组装好的EDLCs进行循环伏安测试(CV)和交流阻抗测试(EIS)。CV测试所选取的电压区间为0~3.3 V，扫描速度为20 mV ·s-1。EIS测试所选取的频率范围为0.01~105 Hz。
2 结果与讨论 2.1 铂炭催化剂的表征催化剂活性位点的分布和暴露率直接影响催化剂表面高活性氢原子解离的效率。对于Pt质量分数为2%的铂炭催化剂(记为Pt2/C)，超细的Pt纳米颗粒(平均尺寸3 nm)在碳骨架当中均匀分布[图 1(a)]。其中Pt纳米颗粒上0.223 nm的晶格条纹[图 1(b)]对应Pt的(111)晶面。由于Pt含量很少，超过了XRD的检测范围，因此Pt2/C仅没有检测到Pt的特征峰。当Pt质量分数提升到5%时，平均尺寸为5 nm的超细Pt纳米颗粒均匀分布在碳骨架当中[图 1(c)]。其中Pt纳米颗粒上0.200 nm的晶格条纹[图 1(d)]对应Pt的(200)晶面。并且XRD衍射图像对应于Pt(JCPDS：04-0802)的衍射峰[图 1(e)]。与平均尺寸60~80 nm的Ni纳米颗粒相比，超细的Pt纳米颗粒能够暴露出更多的活性位点，有利于促进氢原子的解离。
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| 图 1 Pt2/C的(a)TEM和(b)HRTEM图像；Pt5/C的(c)TEM和(d)HRTEM图像；(e)Pt2/C和Pt5/C的XRD图谱；(f)Pt/C催化剂的H2-TPR图 Fig.1 (a) TEM and (b) HRTEM images of Pt2/C; (c) TEM and (d) HRTEM images of Pt5/C; (e) XRD patterns of Pt2/C and Pt5/C; (f) H2-TPR profile of Pt/C catalyst |
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催化剂的种类影响发生氢溢流的温度。铂炭催化剂的H2-TPR图像中呈现2个特征峰[图 1(f)]。对于第1个氢气消耗峰(300~375 ℃)，首先吸附在Pt/C催化剂表面的氢气分子被解离为氢原子。此时氢气分子的解离程度很低，解离得到的氢原子仅在Pt纳米颗粒附近发生还原作用。而对于第2个氢气消耗峰(470~740 ℃)，温度升高一方面导致更多吸附在Pt纳米颗粒表面的氢原子被解离为氢原子；另一方面，解离的氢原子能够获得足够能量，从而在厘米级别的范围内发生迁移，扩散到多孔炭原料的表面，进而脱除多孔炭的含氧官能团[18]。第2个氢气消耗峰的峰值温度为600 ℃，因此以Pt/C作为催化剂时，氢溢流大量发生的温度为600 ℃。
2.2 H2气氛下热还原以及Pt/C催化氢溢流对多孔炭形貌、孔结构和石墨微结构的影响H2气氛下的热还原脱氧过程以及氢溢流(以Pt/C为催化剂)脱氧过程对多孔炭的微观形貌影响不大。多孔炭PC原料是表面粗糙、尺寸为5~15 μm的块状颗粒[图 2(a)~图 2(b)]。经过氢气气氛下的热还原后，所得的PC-600相貌没有发生明显的变化[图 2(c)~图 2(d)]。此外，无论Pt/C催化剂的Pt含量以及使用次数是多少，Pt/C催化剂作用下的氢溢流脱氧过程对多孔炭的形貌几乎没有影响。当Pt/C催化剂的Pt质量分数为2%，Pt/C催化剂的使用次数为1次时，氢溢流脱氧后所得样品PC-Pt2/C-600-1st的形貌没有明显变化[图 2(e)~图 2(f)]。当增加Pt质量分数到5%，增多Pt/C催化剂的使用次数，氢溢流脱氧对所得样品的形貌影响很小[图 2(g)~图 2(h)]。
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| 图 2 (a, b)PC、(c, d)PC-600、(e, f)PC-Pt2/C-600-1st、(g, h)PC-Pt5/C-600-1st、(i, j)PC-Pt5/C-600-5th和(k, l)PC-Pt5/C-600-10th的SEM和HRSEM图像 Fig.2 SEM and HRSEM images of (a, b) PC; (c, d) PC-600; (e, f) PC-Pt2/C-600-1st; (g, h) PC-Pt5/C-600-1st; (i, j) PC-Pt5/C-600-5th and (k, l) PC-Pt5/C-600-10th |
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H2气氛下热还原脱氧过程以及氢溢流(以Pt/C为催化剂)脱氧过程对多孔炭孔结构的影响不同。多孔炭原料PC是一款典型的微孔活性炭，具有高达1 594 m2 ·g-1的比表面积和1 561 m2 ·g-1的微孔比表面积。且其孔体积为0.852 2 cm3 ·g-1，其中微孔占主导地位，微孔孔体积高达0.737 9 cm3 ·g-1，HK法孔径分析表明PC的孔径分布集中在1.2~1.8 nm(图 3)。经过H2气氛下600 ℃热还原后，所得PC-600表面面积增大为1 692 m2 ·g-1，孔径分布集中在1.2~1.4 nm。结果表明PC原料中含氧官能团、缺陷位等在热还原过程中以CO2、CO和H2O等形式脱除，使得比表面积增大，原有的小微孔1.2~1.4 nm增多，而1.4~1.8 nm的孔结构被破坏。以Pt2/C为催化剂的氢溢流脱氧后，所得的PC-Pt2/C-600-1st和PC-600的孔结构类似：比表面积增大，1.2~1.4 nm的小微孔增多，而1.4~1.8 nm的孔结构被破坏。然而，以Pt5/C为催化剂氢溢流脱氧后，所得多孔炭的比表面积增大，所得样品1.3~1.6 nm的微孔增多，仅有少许1.6~1.8 nm的微孔被破坏。因此，热还原脱氧过程会破坏1.4~1.8 nm的孔结构，而以Pt5/C为催化剂氢溢流脱氧过程对孔结构的破坏较小。
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| 图 3 样品PC、PC-600、PC-Pt2/C-600-1st、PC-Pt5/ C-600-1st和PC-Pt5/C-600-5th的(a)N2吸附脱附曲线和(b)孔结构分布曲线 Fig.3 (a) N2 adsorption-desorption isotherm curves and (b) pore distribution curves of the PC, PC-600, PC-Pt2/C-600-1st, PC-Pt5/C-600-1st and PC-Pt5/ C-600-5th samples |
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H2气氛下热还原脱氧过程以及氢溢流(以Pt/C为催化剂)脱氧过程对多孔炭碳层结构的影响不同。和原料PC相比，经H2气氛下热还原脱氧过程以及氢溢流(以Pt/C为催化剂)脱氧后所得多孔炭XRD图谱中(002)特征峰变化不明显(图 4)。而脱氧前后所得样品的Raman图像存在不同。Raman图像(图 5)中1 360 cm-1的D峰与sp3 C(缺陷碳和边缘碳等)相对应，1 580 cm-1的G峰与sp2 C(石墨化碳)相对应。对于PC原料，其D峰与G峰的峰面积比ID/IG为1.93。而还原后，PC-600、PC-Pt2/C-600-1st、PC-Pt5/C-600-1st、PC-Pt5/C-600-5th和PC-Pt5/C-600-10th样品的ID/IG分别减小为1.88、1.74、1.37、1.77和1.83。ID/IG减小表明sp3 C含量降低，石墨微晶结构的有序度提高[22, 23]。综之，热还原脱氧和氢溢流脱氧均能使多孔炭中碳质颗粒重排，进而提升石墨微晶结构的有序度。
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| 图 4 样品PC、PC-600、PC-Pt2/C-600-1st、PC-Pt5/C-600-1st、PC-Pt5/C-600-5th和PC-Pt5/C-600-10th的XRD图谱 Fig.4 XRD patterns of the PC, PC-600, PC-Pt2/ C-600-1st, PC-Pt5/C-600-1st, PC-Pt5/C-600-5th and PC-Pt5/C-600-10th samples |
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| 图 5 (a) PC、(b)PC-600、(c)PC-Pt2/C-600-1st、(d)PC-Pt5/C-600-1st、(e)PC-Pt5/C-600-5th和(f)PC-Pt5/C-600-10th的Raman图像 Fig.5 Raman spectra of the (a) PC; (b) PC-600; (c) PC-Pt2/C-600-1st; (d) PC-Pt5/C-600-1st; (e) PC-Pt5/C-600-5th and (f) PC-Pt5/C-600-10th samples |
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多孔炭表面含氧官能团的脱除效果受还原方式的影响。原料PC的表面氧摩尔分数为5.5%[图S1(a)]，主要以C＝O、C—O和COOH 3种形式存在，且这3种含氧官能团的摩尔分数分别为1.50%、2.95%和1.96%(表 2)。H2气氛下热还原脱氧后，所得的多孔炭PC-600表面的氧含量降低为4.9%[图S1(b]]，且C/O比增大为19.4。氢气热还原脱氧主要脱除了C＝O和COOH含氧官能团，2者摩尔分数分别降低为1.07%和0.96%。在热还原过程中，COOH基团因其热稳定性较差而热解产生CO2，而相对稳定的C＝O基团发生加氢反应生成CO或转变为C-OH。但是H2气氛下热还原对C—O的脱除作用不明显，C—O含氧基团的摩尔分数仅略微下降(2.87%)。然而经过氢溢流脱氧后，所得样品PC-Pt2/C-600-1st和PC-Pt5/C-600-1st的氧摩尔分数明显降低，分别降低为1.9%和1.7%[图S1(c) 和图S1 (d)]。其中除了有效脱除C＝O和COOH含氧官能团，氢溢流脱氧过程明显降低了C—O的摩尔分数，PC-Pt2/C-600-1st和PC-Pt5/C-600-1st中C—O基团的含摩尔分数分别显著降低为1.05%和0.86%。氢溢流脱氧作用显著主要是由于氢溢流过程除了包括热还原反应过程中的热解反应和加氢反应，还包含涉及高活性氢原子的剧烈加氢反应[24-27]。高活性氢原子与PC表面的C—O基团剧烈反应产生H2O，并形成零缺陷的碳平面。因此可以看出，还原介质是影响C—O脱除效果的重要因素。当催化剂中Pt质量分数较高时(5%)，促进了高活性氢原子的产生和扩散，因此其脱除C—O基团的效率最高，所得多孔炭含氧基团含量最低。
| 样品 | SBETa/(m2·g-1) | Smicrob/(m2·g-1) | Vtotalc/(cm3·g-1) | Vmeso/(cm3·g-1) | Vmicrod/(cm3·g-1) |
| PC | 1 594 | 1 561 | 0.852 2 | 0.116 6 | 0.737 9 |
| PC-600 | 1 692 | 1 655 | 0.920 3 | 0.065 6 | 0.793 7 |
| PC-Pt2/C-600-1st | 1 786 | 1 738 | 0.968 2 | 0.068 0 | 0.837 9 |
| PC-Pt5/C-600-1st | 1 638 | 1 601 | 0.895 0 | 0.083 0 | 0.775 6 |
| PC-Pt5/C-600-5th | 1 765 | 1 727 | 0.951 9 | 0.079 1 | 0.824 7 |
| 注：aSBET选取BET法计算，p/p0范围为0.04~0.32；bSmicro基于T-plot法计算；cVtotal的计算依据为p/p0=0.990时的氮气吸附量；dVmicro基于H-K法计算。 | |||||
| 样品 | XPS分析 | 绝对摩尔分数a/% | |||||
| C | O | C/O | C＝O | C—O | COOH | ||
| PC | 94.2 | 5.5 | 17.1 | 1.50 | 2.95 | 1.96 | |
| PC-600 | 95.1 | 4.9 | 19.4 | 1.07 | 2.87 | 0.96 | |
| PC-Pt2/C-600-1st | 97.8 | 1.9 | 51.5 | 0.48 | 1.05 | 0.37 | |
| PC-Pt2/C-600-5th | 97.0 | 3.0 | 32.3 | 0.67 | 1.75 | 0.59 | |
| PC-Pt5/C-600-1st | 98.3 | 1.7 | 57.8 | 0.48 | 0.86 | 0.36 | |
| PC-Pt5/C-600-5th | 97.9 | 2.1 | 46.6 | 0.47 | 1.22 | 0.41 | |
| PC-Pt5/C-600-10th | 96.8 | 3.2 | 30.3 | 0.81 | 1.69 | 0.70 | |
| a绝对摩尔分数=氧元素原子含量×含氧基团峰面积占比。 | |||||||
Pt5/C催化剂可以重复使用。当Pt5/C的使用次数分别增加到5次和10次时，所得的PC-Pt5/C-600-5th和PC-Pt5/C-600-10th样品的氧摩尔分数分别为2.1%和3.2%，均低于PC-600的4.9%[图S1 (e)和图S1(f)]。特别地，随着Pt5/C催化剂使用次数的增加，Pt5/C催化剂作用下氢溢流对C—O仍保留较好的脱氧效果。因此，氢溢流过程能有效脱除多孔炭中C—O、C＝O和COOH含氧基团，进而有效降低多孔炭的氧含量[图S1(g) 和图S1 (h)]。且随着重复使用次数的增加，Pt/C催化剂的脱氧效果有所降低，但仍好于热还原脱氧效果。Pt/C催化剂的可重复使用能有效降低工艺成本，有助于推进其大规模工业应用。
2.4 电化学性能当所得多孔炭用作电极材料时，分别组装有PC-Pt2/C-600-1st和PC-Pt5/C-600-1st的EDLCs展现出不同的电荷转移和离子传输特性。随着催化剂中Pt含量的提高，所得多孔炭表面的含氧官能团减少，石墨微晶结构有序度增加，导电通道增多，促进了电子在多孔炭颗粒之间的转移速率。因此，与PC-Pt2/C-600-1st的等效串联电阻Rs(3.30 Ω)相比，PC-Pt5/C-600-1st具有较小的Rs(3.15 Ω)[图 6(a)和表 3]。相较而言，PC-Pt5/C-600-1st的电荷转移阻抗Rct(6.33 Ω)也明显低于PC-Pt2/C-600-1st的Rct(19.51 Ω)。此外，提高催化剂中Pt含量，所得的多孔炭介孔孔体积更大，能够提升电极材料孔道内的离子扩散效率，因此PC-Pt5/C-600-1st样品的Warburg阻抗RW也均有所减小，更有利于双电层电容储能特性的提升。
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| 图 6 a) 样品PC-Pt2/C-600-1st和PC-Pt5/C-600-1st在1 mol ·L-1 TEABF4/PC中的Nyquist曲线；样品PC-Pt2/C-600-1st和PC-Pt5/C-600-1st在3.3 V电压窗口下的(b)CV图、(c)倍率曲线、(d)恒流充放电曲线、(e)IR降、(f)循环性能和(g)质量Ragone曲线 Fig.6 (a) Nyquist plots of PC-Pt2/C-600-1st and PC-Pt5/C-600-1st samples in 1 mol ·L-1 TEABF4/PC electrolyte; (b) CV curves; (c) rate performance; (d) galvanostatic charge-discharge curves; (e) IR drop curves; (f) cycling performance and (g) gravimetric Ragone curves of PC-Pt2/C-600-1st and PC-Pt5/C-600-1st samples |
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| 样品 | 等效串联电阻Rs/Ω | 电荷转移电阻Rct/Ω | 瓦尔堡阻抗RW/Ω |
| PC-Pt2/C-600-1st | 3.30 | 19.51 | 9.62 |
| PC-Pt5/C-600-1st | 3.15 | 6.33 | 5.38 |
不同Pt含量的多孔炭也表现出不同的双电层储能特性。当电压窗口为0~3.3 V时，PC-Pt2/C-600-1st样品在20 mV ·s-1扫速下的CV曲线比容量低于PC-Pt5/C-600-1st样品[图 6(b)]。同时，在0~3.3 V的高电压窗口下，PC-Pt5/C-600-1st样品在不同电流密度下的比容量高于PC-Pt2/C-600-1st，具有较稳定的倍率性能[图 6(c)]。这是由于催化剂中Pt含量的提高，促进了氢原子的解离和氢溢流的脱氧效率，降低了多孔炭含氧官能团的含量，提高了石墨微晶结构的有序度，所得的多孔炭介孔孔体积更大，从而加快了电子、离子在电极材料内的传输速率，降低了多孔炭含氧官能图和电解质之间的副反应，实现多孔炭电极的活性比表面积的高效利用。特别是在5 A ·g-1的电流密度下，PC-Pt5/C-600-1st容量(66.31 F ·g-1)明显高于PC-Pt2/C-600-1st(38.90 F ·g-1)[图 6(d)]。此外，PC-Pt5/C-600-1st样品的IR降(0.15 V)低于PC-Pt5/C-600-1st的IR降(0.17 V)[图(6e)]。证明了较高Pt含量可更有效脱除多孔炭的含氧官能团，提高了多孔炭石墨微晶的有序度和导电性，使得PC-Pt/C-600-1st样品表现出更好的双电层储能特性。在1 A ·g-1的电流密度下，经历8 000次的充放电测试后，PC-Pt2/C-600-1st和PC-Pt5/C-600-1st的电容保持率分别是79.1%和88.4%[图 6(f)]。较高的容量保持率表明较高Pt含量的Pt/C催化剂能够更加高效地脱除多孔炭表面的C—O、C＝O和COOH官能团，大幅减少了这些基团与电解质之间不可逆的副反应，从而提升了EDLCs的比容量和循环稳定性。此外，在1 mol ·g-1 TEABF4/PC电解液中3.3 V的电压窗口下，PC-Pt5/C-600-1st的最大质量能量密度(52.5 Wh ·kg-1)明显高于PC-Pt2/C-600-1st(42.2 Wh ·kg-1)[图 6(g)]，进一步体现出PC-Pt5/C-600-1st良好的双电层储能特性。
3 结论利用铂炭催化剂的氢溢流现象，在相对低温(600 ℃)的条件下实现了多孔炭材料表面含氧基团的有效脱除。得益于Pt的高催化活性以及超细Pt纳米颗粒(< 10 nm)表面丰富的催化活性位点，铂炭催化剂表面有效促进了氢原子的解离，同时强化了涉及高活性氢原子的剧烈加氢反应，进而有效脱除了多孔炭表面的C—O、C＝O与COOH含氧基团。所得PC-Pt5/C-600-1st的表面含氧量降低至1.7%(摩尔分数)。重复使用多次后的Pt5/C催化剂仍保持有较好的脱氧效果，重复使用5次和10次后所得的PC-Pt5/C-600-5th和PC-Pt5/C-600-10th的表面含氧量降低至2.1%和3.2%。此外，所得PC-Pt5/C-600-1st的石墨微晶结构有序度提高，且层次孔道结构得到较好保持。以PC-Pt5/C-600-1st作为电极材料组装EDLCs，有效减少了多孔炭表面含氧官能团与电解质(TEABF4/PC)之间不可逆的副反应，从而有效提升了EDLCs的比容量和循环稳定性，在3.3 V的电压窗口下循环8 000圈后容量保持率高达88.4%。
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