《超低鉑表面氧的還原和甲醇氧化電催化活性差異的機理》是依託中國礦業大學，由劉滋武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超低鉑表面氧的還原和甲醇氧化電催化活性差異的機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉滋武
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開發高性能低鉑直接甲醇燃料電池（DMFC）陰極催化劑是DMFC研究領域中國內外學者共同關注的熱點。超低鉑表面氧的還原和甲醇氧化電催化活性存在差異是近期實驗中發現的新現象。通過原位光譜實驗和量子化學理論計算研究該差異的機理可望為開發新一代DMFC陰極活性催化劑奠定理論基礎。本項目採用原位紅外光譜實時監測超低量鉑表面氧的還原和甲醇氧化過程，根據獲取的中間過渡物種的紅外光譜信息，利用量子化學的密度泛函理論等手段計算氧分子與甲醇分子在超低鉑表面上吸附能及反應活化能等參數，揭示超低鉑表面兩電催化反應的活性差異機制。在此基礎上，藉助超低鉑催化劑與在酸性條件下具有氧還原活性的摻雜型碳載體之間及與具有氧還原活性的非鉑催化劑納米粒子核之間的協同效應，設計開發出與質子交換膜成熟技術相適應的高性能DMFC超低鉑陰極催化劑，為短期內推動酸性DMFC商業化提供技術支撐。
結題摘要
為揭示本項目少量鉑催化劑表面氧還原和甲醇氧化電催化活性的差異原因，實驗上通過在碳載體上負載不同質量鉑催化劑並分別考察其氧還原和甲醇氧化的電催化性能變化規律，結果表明質量傳輸和質子傳遞分別是鉑催化劑表面氧還原和甲醇氧化電催化反應的控制因素，活性位和碳載體之間相互作用直接影響氧還原峰電位，而甲醇氧化電位則主要鉑催化劑晶面的本證特性決定。同時實驗和理論計算表明雜原子摻雜碳載體可增加鉑原子的電子密度及與載體之間吸附能而提高鉑催化劑的氧還原活性和穩定性；矽、砷和鍺等雜原子也可摻入碳的網路結構而提高碳載體本身的氧還原活性。此外實驗表明煤焦油、生物質和廢棄塑膠等廉價原料可用作雜原子前驅物製備本身具有較好氧還原活性的碳載體。以上實驗與理論研究成果可望為高活性低成本的甲醇燃料電池陰極催化劑的規模化開發提供技術支撐。
