《生物質衍生摻雜碳基催化劑的製備/改性及其機理研究》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：生物質衍生摻雜碳基催化劑的製備/改性及其機理研究
- 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
摻雜碳基催化劑可以大幅度降低燃料電池中貴金屬鉑的用量，對於降低燃料電池成本和促進其商業化進程具有十分重要的意義。目前的摻雜碳基催化劑存在電池活性不高、活性中心結構及形成機理不清、摻雜帶有嘗試色彩等問題，亟待開展深入的探索和研究。生物質材料具有種類繁多、結構和形態各異、富含各類原子分子水平上的雜元素等重要優點，是製備高性能摻雜碳催化劑的理想的前驅體材料。本工作擬在已有工作基礎上，探索採用生物質材料為前驅體製備摻雜碳基催化劑，探索新的製備技術，研究生物質組成、結構、形貌以及進一步摻雜及改性對於催化劑性能的影響及其規律。通過採用XPS、TEM、拉曼光譜等技術對催化劑的表征，揭示摻雜元素的存在形態及其與碳之間的相互作用，揭示催化劑的活性中心結構及其形成機理，以及氧在碳基催化劑表面的還原機理。揭示碳基催化劑單電池性能不良的本質原因並找出解決方法，為碳催化劑的研究及實際套用提供重要科學基礎及理論支撐。
結題摘要
隨著燃料電池汽車大規模商業化在我國的展開，探索和研究高效低鉑及非鉑催化劑，有效降低燃料電池的成本，已成為該領域的十分迫切的研究課題。摻雜碳基陰極催化劑具有完全無需使用昂貴的金屬鉑和成本低廉的重要優點，是一類最具吸引力、國際上研究投入最高的燃料電池非鉑催化劑。選擇合適前驅體和製備技術研究製備具有特殊結構和形貌的摻雜碳基催化劑一直是該領域的重要研究課題。 申請人在國際上率先提出利用生物質來製備高性能摻雜碳基催化劑的研究思路，並率先開展了相關研究工作；在本項目資助下，研究工作的主要內容包括： 1.探索了使用各種不同類型的生物質來製備高性能摻雜碳基催化劑的可能性； 2.探索了從生物質出發製備摻雜碳基催化劑的新技術和新方法； 3.針對目前的碳基催化劑在酸性條件下活性不足的問題，提出了增強碳基催化劑活性的有效方法； 4.研究了碳基催化劑中各摻雜元素的存在狀態、相互作用及其機理； 5.研究了生物質衍生碳基催化劑在質子交換膜燃料電池、鋰空氣電池、以及超級電容器中的催化作用； 6.在本項目資助下，探索了其它新型前驅體製備高性能碳基催化劑的可能性。 本項目的重要研究結果包括： 1.證實了富含N,S,P等元素的生物質可以成為製備摻雜碳催化劑的優質前驅體材料，製得的催化劑的性能可完全媲美（或者超過）通過複雜的化學合成製得的前驅體所製得的摻雜碳催化劑材料； 2.採用“水熱分解-熱裂解”二步法工藝，可以使得生物質製備的催化劑很好地保持生物質的形貌，具有很高的比表面積；本項目還提出了活化劑（氯化鋅等）活化生物質製備碳催化劑技術，增強劑增強催化劑的活性及穩定性的技術，均可有效提升催化劑的性能； 3.發現生物質衍生的碳催化劑不僅具有很好的ORR（氧還原）催化性能，而且具有很好的OER性能；不僅可以用於燃料電池，還可以用作金屬空氣電池； 4.開展了以MOFs為前驅體的研究工作，取得了重要進展； 5.項目共發表SCI論文50餘篇(標註)，在各類會議做邀請報告10多次；申請專利10餘件。
