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基于反钙钛矿结构PtMn3N的新型PEMFC阴极催化剂的研究

批准号:
22072048
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
崔志明
依托单位:
学科分类:
电化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔志明

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
阴极催化剂是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化的瓶颈,目前PEMFC中使用的催化剂存在铂用量高、稳定性不足的问题,因此亟需研制新型的低铂高效、长寿命电催化剂。针对上述问题,本项目基于课题组前期铂基金属间化合物方面的研究基础,拟开展基于反钙钛矿结构PtMn3N的燃料电池催化剂的研究。通过对过渡金属Mn腐蚀行为的研究揭示腐蚀过程的影响因素和增强催化剂稳定性的机制,并进一步通过表面去合金-热处理方法构建表面富铂的高性能PtMn3N@Pt核壳催化剂。另外,基于反钙钛矿的特性,通过调控PtMn3N的组分实现催化剂活性和稳定性进一步增强。本项目将通过密度泛函计算结合催化性能和表面结构阐明基于PtMn3N的催化剂的构效关系及催化机理。本项目的实施将为发展低铂高效、长寿命的反钙钛矿结构催化剂奠定理论及应用基础。
英文摘要
Cathode catalyst for oxygen reduction is the bottleneck restricting the commercialization of fuel cell vehicles. Currently, the employed cathode catalysts for PEMFC are suffering from the high Pt loading and poor durability. Therefore, it is urgent to develop new highly efficient and durability fuel cell catalysts with low Pt content. Considering the above issues and following our previous research on Pt-based intermetallic catalysts, this project intends to carry out the design and research on the antiperovskite nitride PtMn3N electrocatalysts for PEMFC. Through the study of the corrosion behavior of transition metal Mn, the project designs to reveal the influencing factors of the corrosion process and the mechanism of enhancing the stability of the catalyst. Furthermore, the high-performance PtMn3N@Pt core-shell catalyst with Pt shell will be constructed by the method of surface dealloying and heat treatment. In addition, based on the composition flexibility of the antiperovskite nitride, the activity and stability of the catalyst will be further enhanced by adjusting the component of PtMn3N. This project will clarify the structure-activity relationship and catalytic mechanism of PtMn3N catalyst by density functional calculation combined with catalytic performance and surface structure. The implementation of this project will lay the theoretical groundwork and provide practical implications for the development of highly efficient and durable antiperovskite nitride catalysts with low Pt content.
开发低成本且高性能的氧还原催化剂,对于推动燃料电池的商业化进程至关重要。金属间化合物,凭借其长程有序的晶体结构和活性位点的规则分布,被视为燃料电池催化剂领域极具潜力的候选材料。然而,在实际应用于车用燃料电池时,需应对严苛的电化学环境及复杂多变的工况,目前仍面临两大核心挑战:一是如何在维持催化剂活性的同时,显著减少铂的含量;二是非贵金属析出导致的催化剂稳定性问题亟待解决,且其失效机制尚不明朗。针对上述挑战,本项目致力于通过深入研究Mn的腐蚀行为,揭示超低铂反钙钛矿氮化物PtMn3N催化剂耐腐蚀性增强的机制。我们将采用去合金化与热处理相结合的方法,构建高效的低铂PtMn3N@Pt核壳催化剂。利用反钙钛矿结构的独特性质,通过部分替换Mn元素来优化非贵金属的配位环境,进而调控催化剂的电子结构及其对反应中间体的吸附能力,以期同时提升催化剂的活性和稳定性。本项目的实施,不仅揭示了反钙钛矿结构铂基催化剂的结构特性(涵盖晶格常数、组分等)与其催化性能之间的深刻联系,还详细解析了内核组分调整如何影响表面铂壳的应力效应、电子结构以及整体的催化效能。在此基础上,我们创新性地提出了一种增强低铂反钙钛矿结构催化剂活性和稳定性的策略,为开发低铂含量、高效率且长寿命的燃料电池催化剂提供了宝贵的理论支撑与实践指导。
PtM3型低铂高熵金属间化合物新型氧还原催化剂研究
  • 批准号:
    22372062
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    崔志明
  • 依托单位:
反钙钛矿结构钯基氮化物的可控合成及在直接甲酸燃料电池中的应用
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    崔志明
  • 依托单位:
国内基金
海外基金