《PtM/CNTs催化甲醇氧化從表面構效到界面限域效應的套用基礎》是依託重慶大學，由齊學強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：PtM/CNTs催化甲醇氧化從表面構效到界面限域效應的套用基礎
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：齊學強
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
CO2作為直接甲醇燃料電池的陽極反應產物，迄今未能有較為準確描述電極/溶液/CO2氣三相界面電化學反應體系的理論模型，催化劑創製缺少規範、系統的理論指導。本申請擬在青年科學基金項目中發展的電極/溶液界面模型基礎上，建立並完善適用於第一性原理計算MOR電極/溶液/CO2氣三相界面反應模型，提出PtM/CNTs催化甲醇氧化從表面構效到界面限域效應的套用基礎研究課題。探究催化劑幾何、電子構型與MOR機理構效關係；提供納米尺寸範圍內不同合金組分、不同堆垛方式下催化劑常見高、低指數晶面和粒徑尺寸及各邊界原子的幾何計量關係，完成上述不同幾何構型下電子性質計算，提供完整的幾何計量-物化屬性-催化性能構效關係圖表；發展和完善碳納米管作載體的S族錨定和納米限域模型及理論，為MOR電催化碳納米管載體的孔徑、長度和表面改性等提供理論依據；發展以CNT為載體的低PtM電催化MOR高性能催化劑。
結題摘要
實際電化學體系中的甲醇氧化反應（MOR）是一個多步驟、多因素的複雜表界面反應，MOR催化劑的效能主要由催化劑得本體性質及載體類型主導。本項目提供了適用於第一性原理計算的MOR“電極/溶液/氣體”表界面催化反應模型的思路，基於“電極/氣體”表界面催化反應模型，圍繞PtM（M為過渡金屬）二元金屬組分、幾何、電子構型等催化劑本體性質，及其載體（C、CNT、graphene）效應展開了DFT理論模擬和實驗研究。揭示了PtM催化劑設計的關鍵因素在於幾何、表面應力和電子結構的調變機制，理論預測並製備了性能優於商業化PtRu/C的PtAu/C和PtAu/CNT二元PtM催化劑；採用DFT探究了CaMnO3和graphene載體與Pt間的協同效應及其對Pt催化劑穩定性和活性的影響機制；闡述了表面封端劑、形貌誘導劑、前驅體比例、反應條件精確控制等對於形貌-效能可控催化劑製備的關鍵性，實驗製備了不同系列的高分散、形貌和粒徑尺寸可控的Pt(M)納米粒子，實現了零表面封端劑條件下PtAu二元催化劑的可控制備，且其MOR催化性能優於商業化PtRu/C催化劑。此外，針對電化學催化制氫問題，拓展製備了RuO2/Ni-P/Ni複合材料，顯著降低了電極/電解質界面電子傳遞的電化學阻抗，提升了界面電子傳遞效率和電催化裂解水制氫產率。本項目相關的研究工作一方面能夠為甲醇催化氧化反應高效能負載型PtM二元催化劑的設計提供理論支撐；另一方面，可以為甲醇和水分子的裂解制氫提供一定有效的實驗方案，服務於氫能產業和燃料電池產業的發展。累計發表論文11篇，培養碩士1名，博士2名，較好的完成了課題任務。
