基于非贵金属催化剂燃料电池空气电极研究

批准号:
21436003
项目类别:
重点项目
资助金额:
360.0 万元
负责人:
魏子栋
依托单位:
学科分类:
B0809.光化学与电化学工程
结题年份:
2019
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈科、陈红梅、宋微、耿江涛、秦晓平、谢小红、聂瑶、王尧、王志强
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中文摘要
燃料电池(FCs)是将燃料中的化学能直接转换为电能的一种转换装置,以其高效、洁净、兼容可再生能源技术等特点,被认为是后石油时代解决移动高性能动力电池的理想方案之一。氮掺杂碳催化剂(NC)表现出较高的氧还原(ORR)催化活性,且具有成本低、寿命长和环境友好等特点,被认为有可能替代铂基催化剂成为新一代燃料电池催化剂。但是,NC催化剂的催化活性与Pt基催化剂相比仍有明显差距。如何大幅度提高NC催化剂的催化活性、改善催化层内全局的传质效率是实现燃料电池催化剂NC化的关键。本申请提出“基于非贵金属催化剂燃料电池空气电极研究”,通过对非贵金属催化剂形貌、反应活性位、电子运输通道的构建与模拟,以提高非贵金属催化剂的活性位和增加体积密度;通过探索燃料电池膜电极中电化学反应与气液两相流、电子、质子传递耦合规律,以有序化膜电极结构,提高膜电极反应与传质效率。
英文摘要
Fuel cells, the devices that directly convert chemical energy to electrical energy, are extremely efficient at extracting energy from fuels. Fuel cells are known as the fourth generation of generators, following hydraulic, thermal, and nuclear power generation. They are a viable solution for backup power for tomorrow. Nitrogen-doped carbon (NC) has been recognized as a promising cathode catalyst due to their acceptable ORR activity, excellent chemical stability, and low cost. However, its catalytic activity is still at a low level compared to Pt catalysts due to their intrinsic property, low electron conductivity, and insufficient active sites. In this project, we develop a novel strategy to enhance the catalytic activity of NC catalysts via regulating the active site, increasing electron and proton transport channels of the NC catalysts. Secondly, we plan to explore the rule that governs the interaction between the two-phase flow and the electrochemical reaction in the micro-channel of air electrode catalyst layer, which has been markedly thickened owing to NC catalyst utility. Finally, we hope to enhance the reaction efficiency of the air electrode by means of the ordering the pore distribution for gas and water transport.
针对非贵金属催化剂燃料电池空气电极催化活性差、活性位密度低、传质效率不高等问题,本课题通过实验探究1)发明了盐重结晶固型法宏量制备高性能N-C催化剂的新方法;2)首次证实Fe-N-C类催化剂在碳层包覆Fe/Fe3C纳米粒子的邻近位置存在Fe-Nx活性位点,成功地解释Fe-N-C催化剂的高活性来源;3)提出并确认了反式尖晶石结构中八面体中心不同原子导致的“异化效应”;4)开发了一种全新的基于气液界面反应和气液相转变反应的“高温相变反应法”制备高效N-C催化剂;5)设计了一种两部假象转化法来解决碳材料在高温合成过程中存在的易烧结和结构坍塌问题。本课题通过各种方法制备不同掺杂情况、不同结构的非贵金属氧还原催化剂,并通过理论计算研究了不同因素对氧还原催化剂活性的影响,揭示了氧还原反应的活性来源,设计并合成了一系列高活性的非贵金属氧还原催化剂。
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
Controlled synthesis of hollow micro/meso-pore nitrogen-doped carbon with tunable wall thickness and specific surface area as efficient electrocatalysts for oxygen reduction reaction
可控合成壁厚和比表面积可调的中空微/介孔氮掺杂碳作为氧还原反应的高效电催化剂
DOI:10.1039/c5ta09859a
发表时间:2016
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Wu Rui;Chen Siguo;Zhang Yuanliang;Wang Yao;Nie Yao;Ding Wei;Qi Xueqiang;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
Modifying the sensibility of nonmetal-doped phosphorene by local or global properties
通过局部或全局特性改变非金属掺杂磷烯的敏感性
DOI:10.1039/c8cp07851c
发表时间:2019
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics
影响因子:3.3
作者:Yang Na;Li Li;Li Jing;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
Alloys with Pt-skin or Pt-rich surface for electrocatalysis
用于电催化的具有铂皮或富铂表面的合金
DOI:10.1016/j.coche.2018.01.006
发表时间:2018-06
期刊:Current Opinion in Chemical Engineering
影响因子:6.6
作者:Li Jing;Li Li;Wang Min Jie;Wang Jianchuan;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
A metal-organic framework derived 3D hierarchical Co/N-doped carbon nanotube/nanoparticle composite as an active electrocatalyst for oxygen reduction in alkaline electrolyte
金属有机骨架衍生的 3D 分层 Co/N 掺杂碳纳米管/纳米颗粒复合材料作为碱性电解质中氧还原的活性电催化剂
DOI:10.1039/c7ta10022a
发表时间:2018
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Wan Xiaoju;Wu Rui;Deng Jianghai;Nie Yao;Chen Siguo;Ding Wei;Huang Xun;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
DOI:10.1002/chem.201901168
发表时间:2019
期刊:Chemistry - A European Journal
影响因子:--
作者:Xiang Rui;Peng Lishan;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
专题研讨类:电解水制氢耦合有机电化学合成
- 批准号:22342016
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:10万元
- 批准年份:2023
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
电解水制氢与绿色化工耦合的科学基础
- 批准号:--
- 项目类别:重大项目
- 资助金额:1787万元
- 批准年份:2020
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
电解水制活性氢/氧耦合有机物加氢与氧化
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:500万元
- 批准年份:2020
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
抗水淹及H2O2氧化三维多级孔道氧电极的构建与催化性能研究
- 批准号:51772037
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
杂原子掺碳催化剂介尺度表界面结构调控与构建
- 批准号:91534205
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:300.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
以层状无机化合物为扁平纳米反应器制备氮掺杂类石墨烯燃料电池催化剂
- 批准号:51272297
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
能量储存与转化的电化学基础研讨会
- 批准号:21146402
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:4.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
形稳复合氧化物阳极分子催化到高选择性析气电极的研究
- 批准号:51072239
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:39.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
燃料电池单分子催化到电堆成流过程的科学与化工问题研究
- 批准号:20936008
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:210.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
二维尺度"核/壳"结构燃料电池催化剂的构筑与催化特性研究
- 批准号:20676156
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:魏子栋
- 依托单位:
国内基金
海外基金
