N掺杂石墨烯/铂基纳米催化材料的设计合成及构效关系研究

基本信息
批准号:21301051
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:白正宇
学科分类:
依托单位:河南师范大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:汤清虎,王魁,晁淑军,崔倩,严辉颖,牛璐,蒿贵芬
关键词:
掺杂特征石墨烯氮掺杂设计合成构效关系
结项摘要

Nitrogen-doped graphene (NG) is considered as a promising candidate to be used as the supports of catalyst, owing to its unique electronic properties and excellent chemical properties. The doping characteristic of nitrogen atoms is the main factor affecting the surface properties of NG, and has significant influence on the morphology, structure and catalytic properties of supported metal nanocrystals. Herein, we will synthesis platinum-based metal electrocatalysts using NG as supports, and the effects of the doping characteristic of NG on the structure and electrocatalytic activity of catalysts will be investigated systematically. Firstly, the relevancy between doping characteristic of nitrogen atoms and the surface properties of NG will be analyzed using spectroscopic technologies and microscopic characterization. Secondly, the influence of the doping characteristic of NG on the structure of the supported catalysts will be studied, and the regulatory and controlled role on the growth mode and morphology of metal nanoparticles is to be investigated systematically. On this basis, we will analyze the influences of the microstructure of NG on electrocatalytic activity and stability of electrocatalyst,and establish the structure-activity relationship.These scientific achievements will provide scientific basis for the progress of structural adjustment and performance optimization for catalysts in fuel cells.

N掺杂石墨烯具有良好的电子结构和化学特性,是极具前景的催化剂载体材料之一。N原子掺杂特征是决定N掺杂石墨烯载体表面性质的主要因素,对担载金属纳米晶的形貌结构及催化性能具有较大影响。本项目以N掺杂石墨烯为载体,设计合成不同微观结构的N掺杂石墨烯/铂基纳米复合材料,系统研究N原子掺杂特征对纳米催化剂的形貌和性能的影响规律。首先,对石墨烯进行N原子化学掺杂,利用微观表征和物化指标测试,分析N原子掺杂作用对石墨烯载体结构性质的影响;然后,系统研究石墨烯载体中N原子的含量、分布状态和结构类型对担载铂基金属纳米晶结构形貌的影响规律,认识 N原子掺杂特征对金属纳米晶生长方式的综合调控作用;在此基础上研究N掺杂石墨烯载体微观结构对复合纳米材料的电催化活性和稳定性的影响规律,建立N掺杂石墨烯载体微观结构与催化剂电催化性能之间的构效关系,从而为燃料电池催化材料结构调控和性能优化的技术发展提供科学依据。

项目摘要

N原子掺杂特征是决定N掺杂石墨烯载体表面性质的主要因素,对担载金属纳米晶的形貌结构及催化性能具有较大影响。按照项目计划书的内容,以N掺杂石墨烯为载体,设计合成了不同微观结构的N掺杂石墨烯/铂基纳米复合材料,系统研究了N原子掺杂特征对纳米催化剂的形貌和性能的影响规律。首先,对石墨烯进行N原子化学掺杂,利用微观表征和物化指标测试,分析N原子掺杂作用对石墨烯载体结构性质的影响;然后,系统研究了石墨烯载体中N原子的含量、分布状态和结构类型对担载铂基金属纳米晶结构形貌的影响规律,认识 N原子掺杂特征对金属纳米晶生长方式的综合调控作用;在此基础上还研究了N掺杂石墨烯载体微观结构对复合纳米材料的电催化活性和稳定性的影响规律,建立了N掺杂石墨烯载体微观结构与催化剂电催化性能之间的构效关系,从而为燃料电池催化材料结构调控和性能优化的技术发展提供科学依据。.完成了预期的研究任务,达到了预期研究目标,得到了一些有意义的成果。目前相关研究成果已发表学术论文22篇,国际和全国会议口头报告2次,申请国家发明专利5项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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