空心结构AuPd和CoAuPd催化剂控制合成、表面重构及氧还原性能研究

基本信息
批准号:21503120
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:张荣华
学科分类:
依托单位:三峡大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周新文,张昕,杨翼,杜娟娟,杨磊
关键词:
直接甲醇燃料电池氧还原反应表面重构控制合成CoAuPd纳米催化剂
结项摘要

Fuel cell as a main power candidate for electric vehicles in the future is an important way to ease the energy crisis and environmental problems. Several factors related to the oxygen reduction reaction (ORR) have hindered the development and commercialization of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Developing low-cost electrocatalysts with high ORR activity and stability and good methanol-tolerance has been a hot issue in the basic research for PEMFC. In this project, galvanic displacement method is used to synthesize binary AuPd and ternary CoAuPd nanocatalysts based on the non-activity of Au and Pd for the oxidation of CH3OH in acid medium. The amount of Pd in the catalysts can be less consumed in aspects of the composition (alloy) and structure (hollow). Subsequently, heat treatment and electrochemical dealloying method will be combined to restructure the surface of the catalysts to improve the ORR activity and stability as well as the utilization of Pd further. The influence of the two kinds of restructure methods to the atom structure of surface of the catalysts will be discussed and optimized. The differences of the electrocatalytic performance between the hollow and solid catalysts, binary and ternary catalysts, before and after the surface restructure process will be analysed and interpreted. The relationship between the composition, structure, restructure degrees of the catalysts and the catalytic activity and stability will be further explored based on these results. The research results of this project will be helpful for theoretical guidance to the controlled synthesis and surface restructure methods of Pt-based PEMFC with low Pt content and high catalytic activity.

燃料电池是未来电动汽车最主要候选电源之一,是缓解能源短缺与环境问题的一种重要途径。氧还原反应是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)发展的主要问题之一,研究低成本、高活性和稳定性以及抗甲醇的氧还原催化剂一直是PEMFC基础研究中的热点问题。本项目利用Au、Pd在酸性体系抗甲醇的本性,采用电位置换法控制合成不同结构二元AuPd和三元CoAuPd纳米催化剂,从结构(空心)和组成(合金)上减少Pd用量。再采用热处理和电化学去合金化相结合的方法重构催化剂表面,进一步提高催化剂活性和稳定性以及Pd的利用率,探讨并优化两种表面重构方法对催化剂表面原子结构的影响。对比分析空心结构和实心结构、二元合金和三元合金、表面重构前后催化剂催化性能的差异,探讨催化剂组成、结构、表面重构程度等与其电催化活性和稳定性之间的关系。本项目研究有助于为低Pd高活性氧还原催化剂的设计合成和表面重构方法提供理论指导。

项目摘要

研究低成本、高活性、高稳定性的氧还原(ORR)催化剂是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的基础核心问题之一。本项目利用三嵌段共聚物P123的还原性和保护性,在不同条件下控制合成了二元AuPd和三元CoAuPd两个体系的催化剂,结果表明,连续还原法能够得到空心结构的AuPd和CoAuPd催化剂,首先从组成(合金)和结构(空心)上减少贵金属Pd的用量。进一步采用电化学去合金化的方法将表面的Co元素溶掉,露出表面富含活性更高的AuPd催化剂。氧还原测试结果表明,空心结构的CoAuPd纳米催化剂在去合金化后的质量和面积电流密度达到81.559 mA mg Pd-1和298.15 μA cm-2,是实心结构CoAuPd催化剂去合金化后的1.15倍,是AuPd的1.27倍。500次循环之后,空心结构的CoAuPd纳米催化剂半波电位和极限扩散电流密度基本没有变化,表现出较好的稳定性。对于二元AuPd催化剂,在Ar氛围在500oC下热处理1小时后,其ORR性能得到了明显提升。三嵌段共聚物特殊的选择性这种合成思路和方法已成功应用到其他二元AuPd、PdRh和三元PtPdRh和PtPdAu等体系。热处理和电化学去合金化相结合的手段是重构催化剂表面结构的有效手段,这种合成思路和重构表面结构的手段有望为合成新型Pd基燃料电池催化剂提供新的途径。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020
3

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
4

多源数据驱动CNN-GRU模型的公交客流量分类预测

多源数据驱动CNN-GRU模型的公交客流量分类预测

DOI:10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.05.022
发表时间:2021
5

三级硅基填料的构筑及其对牙科复合树脂性能的影响

三级硅基填料的构筑及其对牙科复合树脂性能的影响

DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20200093
发表时间:2020

张荣华的其他基金

批准号:81873202
批准年份:2018
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:49070179
批准年份:1990
资助金额:5.00
项目类别:面上项目
批准号:20373064
批准年份:2003
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:49473196
批准年份:1994
资助金额:6.00
项目类别:面上项目
批准号:81173619
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81473509
批准年份:2014
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:39700185
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30772885
批准年份:2007
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:29673008
批准年份:1996
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:81273918
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:40043011
批准年份:2000
资助金额:6.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61601324
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41475101
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:20972113
批准年份:2009
资助金额:34.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

非贵金属氧还原电催化剂设计、制备及结构与性能研究

批准号:21771171
批准年份:2017
负责人:徐安武
学科分类:B0103
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
2

蛋黄-多孔蛋壳结构铂基纳米氧还原电催化剂的构建及性能研究

批准号:21601154
批准年份:2016
负责人:王鸿静
学科分类:B0103
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

新型空心纳米结构的控制合成及各向异性研究

批准号:20671057
批准年份:2006
负责人:陈代荣
学科分类:B0104
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
4

电化学氧还原氮掺杂碳基催化剂合成及其催化性能研究

批准号:21203008
批准年份:2012
负责人:杨文
学科分类:B0205
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目