《燃料電池催化劑的理論設計、模型評估與可控制備》是依託武漢大學，由莊林擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：燃料電池催化劑的理論設計、模型評估與可控制備
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：莊林
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
革新催化劑是燃料電池實用化的關鍵之一，也是電化學科學面臨的重要挑戰和機遇。當前燃料電池催化研究正迎來一個新時代，其特徵是理論計算與實驗研究日趨緊密地結合，全新的催化劑研發思想不斷產生。為使我國在這方面躋身國際前沿，我們擬建立理論設計-模型評估-可控制備緊密結合的燃料電池催化劑創新研發構架，高效地開展新型催化劑研究。工作模式是先運用理論計算預測高性能催化表面；然後採用模型電極進行電化學評估，反饋修正理論設計；對優選的結果則通過納米材料的可控制備獲得實用催化劑。研究對象主要包括高選擇性氫氧化催化劑和高活性與穩定性氧還原催化劑，同時探索反應途徑可控的有機小分子氧化催化劑。將利用配體效應、變形效應、幾何效應等可控調變催化表面的反應性、穩定性與選擇性。爭取在低鉑和代鉑催化劑研究上取得實質性突破，並獲得通過表面電子結構剪裁調控催化劑性質的系統理論知識及實驗方法，為新一代燃料電池技術提供科學支撐。
結題摘要
1、通過理論計算和模型電極實驗，獲得催化表面的結構-性質及性質-活性關係，發展了“理論設計-模型評估-可控制備”相結合的燃料電池催化劑研究方法，以此指導納米催化劑研製。 2、發現AuCu金屬間化合物表層覆蓋1~2層Pt原子的結構可獲得0.56 A/[email protected]的氧還原催化性能，Pt利用率是現有商用Pt催化劑的5.6倍。發現Au基底表層覆蓋1層Ag原子的結構可將Ag的氧還原催化活性提高5倍。 3、通過引入Ni2P等協同促進C-H鍵斷裂的組分，使Pd的甲酸氧化催化性能提升3.5倍，相應的直接甲酸燃料電池功率密度達550mW/cm2。製備出多種具有台階晶面的小粒徑鉑族金屬納米晶，原位紅外光譜結果表明台階晶面可促進C-C鍵斷裂。 4、提出熱軟度和化學振幅兩種定量分析催化劑表面反應性的理論方法。局域熱軟度分析可獲得催化劑表面活性位點的空間圖像；化學振幅與鍵能存在定量關係，由此可判斷特定表面與特定吸附質之間的相互作用強度。
