《新型納米碳基燃料電池催化劑的可控制備及其研究》是依託華南理工大學，由廖世軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型納米碳基燃料電池催化劑的可控制備及其研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖世軍
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非金屬原子摻雜的納米碳材料對於氧還原具有良好的電催化活性,是燃料電池催化劑研究領域的十分重要的新成果，這種完全不依賴（貴）金屬的碳催化劑給燃料電池的發展和商業化帶來了新的機遇和希望，也給燃料電池催化劑的基礎研究帶來了新的思路；本項目擬採用化學CVD法及其聚合物控制碳化法等製備具有結構及組成可控的雜原子摻雜碳基催化劑，考察催化劑的結構、摻雜元素、摻雜量、後組裝修飾等對於催化劑的活性、穩定性的影響及其一般規律；採用HRTEM、XPS、XRD、中子散射等技術對催化劑的結構進行表征，揭示雜原子在碳中的存在形態、位置以及與碳原子之間的相互作用，揭示碳基催化劑的微觀結構及介觀結構，結合原位紅外、原位EIS表徵結果以及動力學研究結果，揭示碳基催化劑的活性中心及其形成機理。本項目可望獲得若干具有實用價值的新型碳催化劑材料，揭示碳基催化劑的活性中心的結構及催化作用機理，為碳基催化劑的研究提供理論支撐。
結題摘要
本項目圓滿地完成了原計畫的各項研究工作，在新型碳基催化劑的製備及其研究方面取得的成果遠遠超過了當初的預期成果。這些成果包括：（1）採用CVD方法，以咪唑為原料，二茂鐵為催化劑，創新製備了一種氮含量高達8.6 wt%的摻氮納米管陣列，該含氮納米管具有良好的結構均一性，對於氧還原反應，該催化劑顯示出了良好的催化活性。深入研究發現：納米管的氧還原活性並不簡單地與氮的總含量成正比，而是與吡啶態氮、吡咯態氮以及石墨態氮等活性氮的含量成正比。為該領域較早揭示氧還原催化活性與氮的形態關係的研究結果之一；（2）以膨脹石墨為原料，三聚氰胺為氮化劑，通過熱膨脹方法成功地氮摻雜石墨烯；該方法為目前製備氮摻雜石墨烯的最為簡單、最為廉價的方法，製得的石墨烯材料顯示的催化性能可媲美商品鉑碳催化劑；（3）以聚苯胺、三聚氰胺和過渡金屬為前驅體，通過熱裂解 方法製得了一種高比表面積、高活性的具有石墨烯結構的摻雜碳基催化劑，系統地考察了不同苯胺前驅體、不同過渡金屬（Fe, Co, Ni, Cu, Mn）等對於催化劑結構、氮的形態及其分布、以及催化性能的影響；所得到的結果對於認識碳基催化劑的形成及活性的規律具有重要意義；（4）成功地合成了摻硫氮納米棒、摻氮納米微球等具有不同形貌的前驅體，並從這些前驅體出發，製備了系列具有良好的納米形貌的摻雜硫、氮等元素的納米碳材料，研究了元素摻雜對於催化劑結構的影響，以及形貌及結構對於催化劑性能的影響；（5）嘗試以生物質為原料，通過適當修飾，製備具有特殊結構及形貌的碳基催化劑，發現以紫菜為前驅體，使用三聚氰胺氮化修飾後，在鹼性條件下的氧還原催化性能優於商品鉑碳催化劑；（6）在摻雜碳催化劑形成機理以及碳催化劑的催化作用機理方面開展了大量的研究工作，取得的成果對於同行具有重要參考價值。 本項目資助下，獲教育部自然科學二等獎1項，中國石油和化工自動化協會科技進步二等獎1項；發表論文70餘篇，其中SCI論文50餘篇；獲專利授權4件，申請專利10餘件； 培養博士生14餘人（其中畢業9人），2人獲廣東省優秀博士論文獎勵；培養碩士生18人（其中畢業12人），1人獲廣東省優秀碩士論文獎勵；培養博士後2人。
