Co3O4表面氧还原催化机理的第一性原理研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

当前,社会的发展要求我们必须在能源生产和技术利用方面进行根本的革新,以确保未来的可持续发展。这个革新的一个方面涉及开发可再生能源,如太阳能、风能和水力发电,以产生“绿色”氢气和液体燃料,这些燃料可以在现有的能源和交通基础设施中进行利用。此外,还需要一套高效的化学-电转换技术。燃料电池装置涉及到一种燃料的电化学氧化(通常是氢、甲醇等),是一种很有前途的小到中等规模的化学装置,它被看作是未来移动和固定电源的理想能量来源。但是,燃料电池的商业化发展受到了催化剂成本和催化活性的严重阻碍。因此,低成本和高催化活性的新型催化剂研究是燃料电池发展的关键。

氧还原反应(ORR)是许多此类燃料电池器件的核心,在电催化领域占有特殊的地位。因为燃料电池的阴极反应与阳极反应速度相比要慢上百倍,这也使阴极氧还原反应成为燃料电池的决速步骤。在ORR中,分子氧在电化学作用下被四个质子和电子还原成水,并伴随着电势的产生。对于低温质子交换膜(PEM)燃料电池,缺乏足够好的ORR催化剂严重限制了设备的整体效率。因此,新型燃料电池催化剂的发现和优化一直是国内外学术界和工业界研究的持续动力。此外,ORR通常被视为多电子电催化过程的原型,并被广泛应用于开发许多概念,这些概念广泛适用于其他电催化反应。
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