《固液界面氧氣電化學還原的理論模擬和預測》是依託上海套用技術大學，由方亞輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：固液界面氧氣電化學還原的理論模擬和預測
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：方亞輝
- 依託單位：上海套用技術大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氧氣在電極表面還原是氫燃料電池中關鍵的一步，由於該反應需要的過電勢高，且電極表面易於腐蝕，嚴重阻礙了燃料電池的實際套用。為了研究該反應的微觀機理，本課題將結合周期性密度泛函方法和泊松-波爾茲曼連續介質溶劑化模型來模擬電化學條件下的電催化氧氣還原反應。研究將深入考察電極表面與電解質的相互作用，構建及最佳化電化學催化的模擬體系，研究氧氣在陰極表面的電化學還原機理，闡釋不同表面對於反應活性的影響，同時尋找提高氧氣還原過程中陰極抗腐蝕的方法。通過動力學模擬，尋找反應的關鍵步驟，理解合金元素等添加物對反應活性以及選擇性的影響，提出氧氣在陰極表面還原的基本規律，預測並指導實驗尋找新型陰極材料。
結題摘要
氧氣在電極表面還原是氫燃料電池中關鍵的一步，由於該反應需要的過電勢高，且電極表面易於腐蝕，嚴重阻礙了燃料電池的實際套用。為了研究該反應的微觀機理，本課題發展了泊松-波爾茲曼連續介質模型和恆電荷Tafel動力學計算方法來研究模擬電化學條件下的電催化氧氣還原反應。研究深入考察了溶劑化(H3O+和H2O)在電極條件下對於化學反應的影響。套用所建立的模型從原子尺度上確定、理解燃料電池陰極氧氣還原反應的相圖及詳細反應機理和活性中心，建立反應的微觀機理。並利用發展的電化學模型來模擬不同氧電極催化劑，使用該理論模型篩選高效的氧電極催化劑。在研究基礎上，總結髮現對於電化學反應動力學的計算主要分為三步，首先需要計算電化學反應在反應電勢條件下的反應條件，主要為通過熱力學計算電勢條件下的表面覆蓋度物種及物種的覆蓋度。然後需要詳細研究電化學反應的機理及決速步的電動力學。該過程主要需要構建反應的勢能面圖，找到影響反應的關鍵步驟，並進一步計算關鍵步驟的電荷轉移係數。在前面計算的結果之上，我們可以套用微觀反應動力學構建可與實驗比較的電流~電勢動力學曲線，理解、確定反應的活性中心，建立反應的微觀機理，為工業界選擇、設計新的催化劑提供正確的理論指導。
