质子交换膜燃料电池Fe-N-C催化剂衰减机理研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 研究目的与意义

随着全球化石燃料的消耗增加和由此带来的环境问题日益严重,能源和环境问题己经成为21世纪人们需要面对的两大主要难题。发展可再生和可持续能源转换技术,开发绿色无污染的可再生能源来替代化石能源是十分必要的,也是当今世界的热门课题[1, 2]

质子交换膜燃料电池(pemfc)具有启动快、比功率高、无污染等优点,是一种高效无污染能量转换装置,但其商业化发展受制于pt基阴极催化剂的高成本。因此,开发非贵金属催化剂替代pt对于pemfc的大规模应用至关重要。目前性能最好的非贵金属催化剂是fe-n-c催化剂。尽管fe-n-c催化剂已经在pemfc中显示出优异的初始性能,但是其稳定性距离真正的商业应用还很遥远。探索fe-n-c催化剂的衰减机理进而改善其稳定成为该领域的研究重点和最大的挑战。目前提出的衰减机理仍处在争议中,包括金属中心的浸出、h2o2的氧化攻击、质子化以及微孔水淹等。本课题拟在制备高活性fe-n-c催化剂的基础上,研究催化剂在稳定性测试前后的结构和成分的变化,推断可能的衰减机理,并且针对服役后衰减的催化剂探索可能的性能恢复方法。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备: 通过一步无溶剂方法固相合成fe(ii)掺杂的沸石咪唑酯骨架(zif-8),然后在ar气氛下进行热解后,fe(ii)在掺杂的zif-8晶体中部分取代zn2 产生配位的fe-n4,得到最终的催化剂fex-z8-c[41]

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3. 研究计划与安排


第1-2周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第3-6周:按照设计方案,制备高性能fe-n-c催化剂并进行pemfc稳定性测试,对测试后的材料进行结构和成分表征,推断可能的衰减机理。

第7-11周:对测试后衰减的催化剂进行处理,探索恢复性能的方法。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] [1] wang,y.j., et al., carbon-supported pt-based alloy electrocatalysts for the oxygenreduction reaction in polymer electrolyte membrane fuel cells: particle size,shape, and composition manipulation and their impact to activity. chemicalreviews, 2015. 115(9): p. 3433-3467.

[2] [2] zadick,a., et al., huge instability of pt/c catalysts in alkaline medium. acscatalysis, 2015. 5(8): p. 4819-4824.

[3] [3] choi,s.i., et al., synthesis and characterization of pd@pt-ni core-shell octahedrawith high activity toward oxygen reduction. acs nano, 2015. 8(10): p.10363-10371.

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