高稳定性低Pt合金纳米管阵列的可控合成及其氧还原催化性能
结题报告
批准号:
21406078
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
丁良鑫
依托单位:
学科分类:
B0815.能源化工
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
李东东、占亮、张利利、夏路、周灵怡
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
针对低Pt合金氧还原催化剂在酸性介质中易于遭受氧化溶解、强吸附物种毒化以及载体腐蚀等不利影响,从而导致其稳定性较差的难题,本项目提出利用非金属掺杂,并结合零维和一维纳米材料的结构优点,制备新型由纳米粒子均匀组装的自支撑Pt-过渡金属-非金属合金纳米管阵列作为高稳定性的氧还原催化剂。主要研究通过非金属掺杂实现对低Pt合金纳米管合金化程度的提高及其表面结构的优化,并研究纳米粒子间的强界面相互作用对毒化物种吸附强度的影响。本项目将从理论层面上探究金属和非金属元素的共沉积机理,以及不同非金属元素的掺杂浓度和表界面结构对低Pt合金纳米管阵列催化活性和结构稳定性的影响规律,阐明非金属元素掺杂影响其氧还原催化性能的内在机制,最终获得对氧还原反应兼具高催化活性和高稳定性的新型低Pt合金催化剂。该研究成果将为高效氧还原催化剂的设计提供新的思路,对加快质子交换膜燃料电池的商业化进程具有重要的现实意义。
英文摘要
The low Pt alloy catalysts with advanced nanostructures have shown remarkable activity for oxygen reduction reaction (ORR). However, some adverse effects, such as the dissolution of metals, the poisoning of strongly adsorbed species and the corrosion of carbon supports, in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) operation environments could result in the degradation of catalytic activity and stability, which still hinder their practical applications in PEMFCs. To overcome the above barriers, we propose an ingenious approach to enhance the electrocatalytic durability of low Pt alloy by designing nonmetal-doped Pt-transition metal-nonmetal alloy nanotube arrays composed of the homogeneous overlapped nanocrystals. In view of the self-supporting nanotube array structure can be easily overcome the disadvantages of using a carrier, in this project, the study will focus on: i) using nonmetal doping to enhance the degree of alloying of the low Pt alloy nanotube arrays and optimize the surface structure of nanoparticles; ii) using the strong interfacial interactions between the nanoparticles to weaken the adsorption strength of the poisoning species on the low Pt alloy nanotube arrays. Moreover, the project will also study the co-deposition mechanism of metal and nonmetal elements from the theoretical level, as well as the composition/structure-performance relationships between the nonmetallic doping concentration, surface & interface structures and the catalytic activity and structural stability of the low Pt alloy nanotube arrays. And then the kinetics of the ORR on Pt-transition metal-nonmetal alloy nanotube arrays will be studied to illustrate the mechanism and effects of nonmetal doping. As a result, a new class of low Pt alloy nanotube arrays catalysts with high stability will be designed and synthesized based on the above studies. The results will provide a novel design strategy to fabricate the ORR catalysts with excellent catalytic activity and durability, which will be of great realistic significance for accelerating the commercialization process of PEMFCs.
针对电化学储能器件对高效电极材料的迫切需求,项目研究团队依托本项目,在燃料电池催化剂电极以及储能电极的一体化设计、制备以及结构和性能调控方面开展了系统的研究工作。创新性地提出了基于氧化锌纳米棒阵列的模板辅助电沉积法可控合成三维有序多孔低Pt催化剂电极的新思路,通过实现对Pt基金属纳米粒子的可控组装,显著提升了Pt电极的催化活性和利用率;进一步发展了模板辅助电沉积技术,成功实现了非金属元素磷对Pt及Pt基合金的高效掺杂,从而有效改善了Pt基催化剂电极的循环稳定性,其用于氧还原反应的单电极循环寿命达到上万次;并在此基础上,拓展研制了高选择性的氮还原催化剂,实现了常温常压下氮气的电化学还原合成氨,且库伦效率高达2.8%。此外,针对钠离子电池和柔性储能器件对电极材料的特殊需求,分别成功研制出了适用于钠离子扩散的多孔无定型碳电极材料,以及适用于可压缩器件的自支撑一体化多孔柔性电极。在本基金项目的资助下,共计在JACS、Adv. Mater.、Chem. Sci.、Small等国际著名学术期刊上发表SCI论文7篇,申请中国发明专利6件。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Self-Supported PtAuP Alloy Nanotube Arrays with Enhanced Activity and Stability for Methanol Electro-Oxidation
具有增强的甲醇电氧化活性和稳定性的自支撑 PtAuP 合金纳米管阵列
DOI:10.1002/smll.201604000
发表时间:2017-05-03
期刊:SMALL
影响因子:13.3
作者:Zhang, Lili;Ding, Liang-Xin;Wang, Haihui
通讯作者:Wang, Haihui
Highly stable PtP alloy nanotube arrays as a catalyst for the oxygen reduction reaction in acidic medium.
高稳定性PtP合金纳米管阵列作为酸性介质中氧还原反应的催化剂
DOI:10.1039/c5sc00124b
发表时间:2015-05-01
期刊:Chemical science
影响因子:8.4
作者:Zhang L;Wei M;Wang S;Li Z;Ding LX;Wang H
通讯作者:Wang H
Highly ordered ZnMnO3 nanotube arrays from a "self-sacrificial" ZnO template as high-performance electrodes for lithium ion batteries
来自“自我牺牲”ZnO 模板的高度有序 ZnMnO3 纳米管阵列作为锂离子电池的高性能电极
DOI:10.1039/c6ta06748d
发表时间:2016-01-01
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Chen, Hongbin;Ding, Liang-Xin;Wang, Haihui
通讯作者:Wang, Haihui
Highly Compressible Nitrogen-Doped Carbon Foam Electrode with Excellent Rate Capability via a Smart Etching and Catalytic Process
高度可压缩的掺氮碳泡沫电极通过智能蚀刻和催化工艺具有出色的倍率性能
DOI:10.1021/acsami.7b02381
发表时间:2017
期刊:Acs Applied Materials & Interfaces
影响因子:9.5
作者:Xiao Kang;Zeng Yanhua;Long Jin;Chen Hongbin;Ding Liang-Xin;Wang Suqing;Wang Haihui
通讯作者:Wang Haihui
Nitrogen-doped porous carbon derived from residuary shaddock peel: a promising and sustainable anode for high energy density asymmetric supercapacitors
源自柚子皮残余物的氮掺杂多孔碳:一种用于高能量密度不对称超级电容器的有前途且可持续的阳极
DOI:10.1039/c5ta08591h
发表时间:2016
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Xiao Kang;Ding Liang-Xin;Chen Hongbin;Wang Suqing;Lu Xihong;Wang Haihui
通讯作者:Wang Haihui
“准气相 ”氮还原电化学反应体系的构 建及其合成氨的性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    丁良鑫
  • 依托单位:
电催化氮还原合成氨
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    优秀青年科学基金项目
  • 资助金额:
    120万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    丁良鑫
  • 依托单位:
类锂氮还原催化剂的构建及其用于低压电化学合成氨的研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    丁良鑫
  • 依托单位:
高效碳基双功能氧电极催化剂的设计及其应用基础研究
  • 批准号:
    21776099
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    丁良鑫
  • 依托单位:
国内基金
海外基金