《核-殼結構納米顆粒製備及其氧還原催化性能研究》是依託南京航空航天大學，由梁鳳麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：核-殼結構納米顆粒製備及其氧還原催化性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：梁鳳麗
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對於中低溫固體氧化物燃料電池（SOFC）的研究，陰極材料的活性和穩定性是制約其發展的瓶頸問題。我們之前通過核-殼結構的Ag@CeO2顆粒修飾鈣鈦礦陰極提高了電極的穩定性，CeO2殼層可以防止Ag顆粒在高溫下、長時間操作過程中長大，但是由於催化劑顆粒較大、殼層材料太緻密導致電極活性提高不明顯。本項目將通過新的合成路徑製備多孔殼層包覆的Ag納米顆粒作為陰極修飾催化劑，使陰極的活性和穩定性都有大幅度提升。通過摻雜適當的離子提高殼層的吸氧、導氧能力，同時採用模板法製備多孔殼層，利於氧氣接觸Ag顆粒。通過反膠束法合成小於20 nm的核-殼顆粒，將該納米催化劑浸漬進入多孔鈣鈦礦骨架形成複合陰極，研究催化劑顆粒在複合陰極中的分布、微觀結構與電極活性、穩定性之間的構效關係，闡明氧氣在複合電極界面的氧還原反應機理，最終研製出具有高活性、高穩定性的陰極材料，為中低溫SOFC的商業化打下堅實的基礎。
結題摘要
SOFC是將燃料中的化學能直接轉換為電能的電化學裝置，具有高效率、零污染、無噪音等特點。陰極是SOFC電堆中的關鍵部件，起著傳遞反應氣體、氧離子和電子等作用。貴金屬具有高的陰極氧還原催化活性和高的電子電導性，在常用電解質或傳統的陰極材料中加入少量貴金屬元素如Pt、Pd、Ag等能進一步提高陰極在低溫下的催化活性。但是在SOFC相對較高的工作溫度（500~700 °C）和極化條件下，貴金屬納米顆粒會長大導致性能衰減。本項目針對上述問題，製備了核殼納米結構的AgNPs@CeO2催化劑，通過合金化法系統地研究了Mn/Co 對貴金屬Pd和Ag的影響。在此基礎上，通過對浸漬後的陰極的穩定性和氧還原機理進行深入分析，設計出兩種共摻雜新型陰極材料。得到如下有意義的研究結果：（1）採用過渡金屬Ce、Ga摻雜CeO2作為催化劑顆粒的殼材料提高了其氧離子導電性，首次成功將該材料用於核-殼結構催化劑的殼材料並用於氧催化還原反應保持電池長時間穩定工作，得到核殼結構提高貴金屬高溫穩定性的方法。（2）發展了合金化穩定貴金屬納米顆粒的方法，提出並比較了PdMn、PdCo兩種貴金屬合金製備方法，首次將原位還原合金用於高溫工作的SOFC陰極催化反應。（3）首次採用鹼金屬K和高價態Nb和Ta共摻雜鈣鈦礦用作陰極材料，在650℃下ASR為0.083Ω·cm2，700℃最大功率密度為1223mW·cm-2。總之，本項目通過AgNPs@DCeO2核-殼結構和PdMn、PdCo合金化穩定方法的探索，研究納米貴金屬催化劑添加對陰極材料的微觀結構、電化學活性、穩定性等的影響，並對浸漬後的陰極的穩定性和氧還原機理進行深入的研究，為高活性高穩定性陰極材料設計提供了新的思路和方法。
