《氧還原機理可控的電化學催化基礎》是依託重慶大學，由李莉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氧還原機理可控的電化學催化基礎
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李莉
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
電化學催化氧氣還原反應（ORR）是一反應機理非常複雜的多電子反應，其中直接4電子反應中O-O鍵直接斷裂生成水，具有較高的反應效率；而途徑H2O2中間物種的2電子還原不僅是一低效率的ORR，還會增加ORR過電勢，氧化腐蝕催化劑載體碳，進而造成載體上貴金屬催化劑的流失。Pt表面強吸附的含氧物種，還會導致催化劑鈍化產生更多H2O2，進一步降低催化活性。本研究通過建立近表面合金模型，考慮電場、溶劑化以及載體的影響，採用DFT結合MD方法探究其氧氣還原機理；將催化劑的幾何、電子構型與不同氧氣還原途徑關聯起來，建立它們之間的構效關係；由構效關係出發，調控催化劑的幾何、電子構型使ORR按4電子反應途徑進行；實驗驗證其理論研究結果。
結題摘要
基於電化學催化氧氣還原反應（ORR）機理，利用密度泛函理論（DFT）計算不同結構的PtM合金催化劑、過渡金屬氧化物催化劑的幾何、電子構型與其催化氧還原活性，建立了催化劑結構與氧還原反應機理的關係，發現了：（1）PtM/Pd三元合金中摻雜惰性金屬Au與活潑金屬Os對催化氧還原途徑的影響，即Au利於OH的脫附，而Os更利於O-O鍵的離解；（2）MnO2中高指數晶面和氧空穴濃度對催化氧還原活性的影響規律，即催化活性與電子結構間的曲線關係，適中的氧空穴濃度可通過提高催化劑的導電性，Fermi能級以及O-O鍵的活化程度來提高其催化活性；（3）Fe摻雜的Co3O4尖晶石以及反尖晶石結構對催化氧還原活性的構效關係，反尖晶石結構{Co}[Co][Fe]O4中因Fe-Co間的異化效應，使其Fermi能級和晶格常數位於兩種尖晶石結構的中間，從而同時利於O2的活化和利於OH的脫附，成為具有最優活性的催化劑。
