《直接甲醇燃料電池關鍵電極材料的理論設計》是依託吉林大學，由黃旭日擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：直接甲醇燃料電池關鍵電極材料的理論設計
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃旭日
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
直接甲醇燃料電池（DMFC）以其高效環保的優勢，在能源危機日益嚴峻的今天表現出了非常好的套用前景。其中電極材料的設計一直是甲醇燃料電池性能提高及成本降低的關鍵。本項目將採用量子化學、反應動力學、數值模擬手段相結合的方法，對電極催化機制及其與負載的作用進行理論研究。主要對含有Cu、Ni、Fe等廉價金屬的二元Pt合金催化劑的陽極甲醇氧化過程，和N、P、B等非金屬摻雜的碳材料陰極催化劑氧還原過程進行理論分析，考查催化過程中電子傳導、質子轉移過程，合金體系複雜的價電子結構對催化反應的作用、碳材料催化劑的π電子結構隨摻雜物質的變化、載體活性位點對催化劑附著效果的影響等因素，找到決定催化性能的本質原因及變化規律，從理論上設計出適合甲醇燃料電池的高效、廉價的催化劑。最後運用實驗手段合成所設計的催化劑，對電極材料的性能進行評估，檢驗理論計算的可靠性。該項目對甲醇燃料電池中電極材料的發展具有重要意義。
結題摘要
本項目以直接甲醇燃料電池（DMFC）的電極材料為主要研究對象，採用量子化學與數值模擬相結合的手段，對甲醇燃料電池的陰極、陽極催化劑材料及其電極反應機制進行了詳細的理論研究。項目取得的結果如下：（1）考察了不同的金屬元素以及合金在對甲醇催化氧化性能上的影響，明確了以Fe、Cu為主的廉價過渡金屬催化劑，在一定程度上可以替代廣泛套用的Pt、Pd等貴金屬，作為甲醇燃料電池的電極反應催化劑；（2）二維納米材料具有特殊的性能，採用含有N、P等非金屬元素的二維材料為支撐，將具有催化功能的金屬原子負載在載體上，在此基礎上設計了甲醇燃料電池電極材料的單原子催化模型；（3）進一步分析了陽極甲醇的分解過程以及陰極氧氣的還原過程，明確電極反應機制。（4）分別對主動式和被動式直接甲醇燃料電池進行了數值模擬，為直接甲醇燃料電池的瞬態以及穩態研究提供了良好的理論依據。通過以上研究，達到了減少金屬催化劑的用量，增加電池的工作效率，降低甲醇燃料電池的成本的目的。本項目的順利完成對直接甲醇燃料電池，尤其是電極材料的設計和發展具有重要的意義。
