《石墨烯基多孔碳負載金屬催化劑及其電催化性能研究》是依託北京師範大學，由岳文博擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯基多孔碳負載金屬催化劑及其電催化性能研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：岳文博
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
直接甲醇燃料電池（DMFC）具有高能量密度、高能量轉換效率、低溫快速啟動和燃料潔淨環保等特性，使其可能成為未來攜帶型電子產品套用的主流。直接甲醇燃料電池的電極多採用貴金屬納米催化劑。為了提高貴金屬的利用率，常用導電性良好的碳材料做載體分散納米催化劑顆粒。催化劑的電催化活性和穩定性很大程度上取決於碳載體的特性。本項目擬通過設計合成新型二維多孔納米碳載體（石墨烯基多孔碳）來提高催化劑的電催化活性及穩定性。並通過調控石墨烯基多孔碳的結構和組成，探索碳載體的性能對催化劑電催化性能的影響。此外，鑒於貴金屬催化劑的高成本及中毒特性，本項目還研究石墨烯基多孔碳負載非貴金屬催化劑和雙金屬催化劑的製備及電催化性能。通過本項目的研究，有望提供一種新型的燃料電池的電極材料，以提高直接甲醇燃料電池的性能。
結題摘要
燃料電池由於其高能量密度和轉換效率、低溫快速啟動和燃料潔淨環保等優勢，有望成為一種很有發展前景的能源動力裝置。低溫燃料電池的電極主要由貴金屬催化劑構成。儘管貴金屬催化劑（如鉑）具有優異的催化性能，但其資源匱乏，價格昂貴，不利於商業化生產。此外，作為直接甲醇燃料電池的陽極催化劑，其較差的抗一氧化碳中毒能力也降低了電極的性能。本項目針對商業化鉑碳催化劑存在的一些問題，擬從催化劑載體和催化劑本身入手，通過調控材料的形貌結構和組成來提高電極的性能。具體的研究包括：（1）通過設計合成具有多孔結構的石墨烯基碳載體負載催化劑，有效的限制催化劑顆粒尺寸並抑制顆粒團聚和流失，在提高催化劑催化活性的同時，大幅度提升催化劑的穩定性；（2）通過調控多孔碳載體的孔道尺寸，有效的控制燃料的傳輸，有針對性的提升催化劑的催化性能和擇形催化能力；（3）利用高質量的電化學剝離石墨烯（EEG）取代傳統的還原的氧化石墨烯（rGO），並採用合金做催化劑，以提高電極的電催化性能；（4）以金屬有機框架材料（MOFs）為前驅體製備多孔碳負載催化劑，並通過引入第二種金屬製備金屬間化合物催化劑，以提高電極的電催化性能；（5）以層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）為前驅體，可控合成具有異質結結構的金屬/金屬氧化物催化劑，以提高電極的電催化性能。此外，將本次項目研究中的催化劑載體引入到鋰離子電池或鋰硫電池中，可以大幅度提高電極的電化學性能。綜上所述，通過對催化劑載體和催化劑本身的組成和結構的調控，可以有效的提高電極催化劑的電催化性能，包括較高的電流密度、長循環過程中的穩定性、較好的抗中毒能力以及特有的擇形催化性能。本項目的研究有利於豐富和擴展燃料電池電極的種類，並提升燃料電池電極的性能。
