《基於非貴金屬催化劑燃料電池空氣電極研究》是依託重慶大學，由魏子棟擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：基於非貴金屬催化劑燃料電池空氣電極研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：魏子棟
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
燃料電池（FCs）是將燃料中的化學能直接轉換為電能的一種轉換裝置，以其高效、潔淨、兼容可再生能源技術等特點，被認為是後石油時代解決移動高性能動力電池的理想方案之一。氮摻雜碳催化劑（NC）表現出較高的氧還原（ORR）催化活性，且具有成本低、壽命長和環境友好等特點，被認為有可能替代鉑基催化劑成為新一代燃料電池催化劑。但是，NC催化劑的催化活性與Pt基催化劑相比仍有明顯差距。如何大幅度提高NC催化劑的催化活性、改善催化層內全局的傳質效率是實現燃料電池催化劑NC化的關鍵。本申請提出“基於非貴金屬催化劑燃料電池空氣電極研究”，通過對非貴金屬催化劑形貌、反應活性位、電子運輸通道的構建與模擬，以提高非貴金屬催化劑的活性位和增加體積密度；通過探索燃料電池膜電極中電化學反應與氣液兩相流、電子、質子傳遞耦合規律，以有序化膜電極結構，提高膜電極反應與傳質效率。
結題摘要
針對非貴金屬催化劑燃料電池空氣電極催化活性差、活性位密度低、傳質效率不高等問題，本課題通過實驗探究（1）發明了鹽重結晶固型法宏量製備高性能N-C催化劑的新方法；（2）首次證實Fe-N-C類催化劑在碳層包覆Fe/Fe3C納米粒子的鄰近位置存在Fe-Nx活性位點，成功地解釋Fe-N-C催化劑的高活性來源；（3）提出並確認了反式尖晶石結構中八面體中心不同原子導致的“異化效應”；（4）開發了一種全新的基於氣液界面反應和氣液相轉變反應的“高溫相變反應法”製備高效N-C催化劑；（5）設計了一種兩部假象轉化法來解決碳材料在高溫合成過程中存在的易燒結和結構坍塌問題。本課題通過各種方法製備不同摻雜情況、不同結構的非貴金屬氧還原催化劑，並通過理論計算研究了不同因素對氧還原催化劑活性的影響，揭示了氧還原反應的活性來源，設計併合成了一系列高活性的非貴金屬氧還原催化劑。
