【摘 要】
：
氢能有着能量容量高、环境友好性等优点,在众多低温室气体（GHG）排放能源方案中,它被认为是一种具有应用潜力的能量载体。氢燃料电池是一种将氢能直接转换为电能的无污染型驱动电源,它的出现有望解决运输行业的污染气体排放问题。目前质子交换膜燃料电池（PEMFCs）技术正处于高速发展期,阴极氧还原（ORR）催化剂的高成本、低活性和低寿命是其面临的主要问题,如何降低催化剂中铂的用量、提高催化剂活性和稳定性显得
论文部分内容阅读
氢能有着能量容量高、环境友好性等优点,在众多低温室气体（GHG）排放能源方案中,它被认为是一种具有应用潜力的能量载体。氢燃料电池是一种将氢能直接转换为电能的无污染型驱动电源,它的出现有望解决运输行业的污染气体排放问题。目前质子交换膜燃料电池（PEMFCs）技术正处于高速发展期,阴极氧还原（ORR）催化剂的高成本、低活性和低寿命是其面临的主要问题,如何降低催化剂中铂的用量、提高催化剂活性和稳定性显得尤为重要。本文以降低ORR催化剂铂载量,提高其活性和稳定性为目的,针对铂镍合金催化剂展开研究,探究了其合成方法,并通过酸洗煅烧处理、掺杂第三种金属、掺杂阴离子氮等三种策略进一步优化了其催化活性,获得了活性、稳定性得到提升的铂基合金ORR催化剂,并组装燃料单电池测试获得良好的性能。具体内容如下:1.通过液相合成法得到PtNi/C合金催化剂,并探究了其ORR活性,0.9V下的面积活性达到2.66mA cm-2,质量活性达到1.55A mg Pt-1,展现出优于商业Pt/C的性能,说明合金化作用可以有效提升铂基催化剂的ORR性能。通过酸洗、煅烧处理得到在N2、H2不同煅烧氛围下的两种催化剂,0.9V下的面积活性分别达到3.3mA cm-2、3.63 mA cm-2,进一步提高了其面积活性,该面积活性的提升源于煅烧后纳米颗粒粒径增大,表面结构重组,暴露出更多的Pt活性位点。通过喷涂工艺将PtNi/C催化剂制备成膜电极,H2/O2条件下峰值功率密度达到1.82W cm-2,0.65V下的电流密度为2.16A cm-2。在100h的耐久性测试后,电压从初始的0.700V下降到0.688V,衰减小于2%。进一步优化膜电极制备工艺,通过刮涂、转印工艺将PtNi/C催化剂制备成膜电极,H2/O2条件下峰值功率密度上升到2.16W cm-2,0.65V下的电流密度为2.20A cm-2,通过膜电极制备工艺的优化进一步提升了其性能。2.探索了掺入第三种金属元素对于PtNi/C催化剂性能的影响。合成了一系列M-PtNi（M=Mn、Fe、Mo、Pb、Pd、Cr、Cu、Ru、Co）的三元铂基合金催化剂,同时比较发现Mo的引入可以有效提升催化剂的稳定性。所得Mo-PtNi/C催化剂在RDE测试中,0.9V下的面积活性为1.53mA cm-2,质量活性为0.77A mg Pt-1,4000圈的稳定性测试后,半波电位只有1mV的偏移,相比于初始面积活性和质量活性没有下降和只下降了4%。在单电池测试中,H2/O2条件下其峰值功率密度为2.26W cm-2,0.65V时的电流密度为2.29A cm-2,同样展现出良好的性能。3.研究了掺杂阴离子氮对PtNi/C催化剂性能的影响。通过探索不同氮源对其活性的影响,得出二氰二胺为最佳氮源,并摸索出最佳掺氮的工艺参数,制得的N1-PtNi/C催化剂在0.9V下的面积活性达到了3.68mA cm-2,是PtNi/C催化剂的1.4倍,是商业Pt/C的13倍。质量活性达到了2.89A mg Pt-1,是PtNi/C催化剂的1.9倍,是商业Pt/C的12倍,该性能的提升源于Nx-Ni位点的形成,其中N调控了PtNi位点的电子结构,从而获得ORR活性的提升。
其他文献
近年来,随着有机电子学的飞速发展,具备高性能与空气稳定性的n型半导体材料逐渐成为研究的热点。其中,酰亚胺类分子是一种常见的n型有机半导体材料,该类分子中的酰亚胺基团具有较强的吸电子特性,能有效提升π共轭体系的电子亲合能和空气稳定性;此外,酰亚胺基团中氮原子的存在为分子性能的调控提供了活性位点,因此,研究这类分子结构与性能的关系能够为新型半导体材料的设计与合成提供参考价值。本文制备了多种基于酰亚胺类
石墨烯是由sp~2杂化C原子组成的平面薄层材料,其具有独特的原子级厚度和严格的蜂窝晶格网络,这种结构特征使得石墨烯兼具各种出色的物理和化学性质。将石墨烯分子水平的优异性能充分转移到宏观材料中具有重要的理论和实际意义。因此,由石墨烯纳米片在一维受限空间内堆垛、组装而成的宏观石墨烯纤维（GF）引起了新的研究热潮,在医疗保健、柔性器件、能量存储与转换等领域展现出巨大的应用前景。氧化石墨烯（GO）具有丰富
有机化合物的液体或固体颗粒在气体中的悬浮液被称为有机气溶胶,其在大气反应中扮演了极为重要的角色,因此成为大气科学研究中的核心课题。空气中的有机分子对气溶胶的贡献主要取决于它们的浓度和蒸汽压,因此确定不同大气污染物分子准确的蒸气压数据是研究有机气溶胶形成过程的关键步骤。但是由于大气中有机物的种类极其多样,而目前大部分大气有机化合物缺少可靠的蒸气压文献数据,这就要求我们需要一个能够根据分子的结构达到精
界面在有机电子器件中对器件性能起着重要作用,因此影响着有机电子学的发展。针对有机场效应晶体管中的异质界面,界面修饰为提高器件性能提供了一种简单且有效的方案,并占据了相当重要的地位。因此,本文的两个工作分别在电极/半导体和介电层/半导体两个不同的界面处引入了具有不同特性的分子,采用了不同的界面修饰手段均使有机场效应晶体管器件性能得到了显著提升,丰富了界面工程在提升有机电子器件性能上的应用。主要工作如
有机电致发光二极管（OLED）因其自发光、色域广、低能耗、柔性可弯折等独特的优势,逐渐成为显示领域的主流,引领着显示与照明技术的发展。蓝光器件是实现白光、高显色OLED器件中的重要发光组件基元。因此,研发高效且稳定的蓝光器件光电功能材料对OLED器件发展具有重要意义。本文在蓝色发光基元稠环噻咯的基础上,引入电子给/受体基元,结合稠环噻咯优良的电子传输能力,探究在该基元不同结构位点进行取代修饰的合成
玻璃纤维增强复合材料（Glass-fiber-reinforced composites,GFRCs）的损伤预测可以降低结构件的故障发生率,节省成本甚至挽救生命。然而,当前具有损伤自报告特性的GFRCs通常涉及对基体或纤维的复杂改性,且当使用机械变色添加剂时,会不可避免地产生界面缺陷,影响材料性能。此外,热固性基体固有的三维交联网络特性使其一旦损坏或达到服役年限就难以再回收利用。因此,构建具有损伤
表面浸润是表面科学研究中的核心问题,尤其是液滴在不同表面微结构上内部的浸润状态对纳米摩擦发电、仿生材料制备、微流控装置制造等领域有着重要影响。在本文中,采用计算流体力学模拟手段,系统研究了具有一级表面微结构、二级表面微结构的四种模型对各自表面液滴的浸润状态、铺展长度、表观接触角等行为的调控,探索其规律,并建立阐述了相关浸润理论模型。具体研究内容包括:（1）通过模拟发现液滴在表面上的浸润会出现多种浸
本实验以聚氯乙烯（PVC）和槐木木屑（SW）为原料,在微波热解反应器中通入氮气气氛进行了不同温度下的PVC微波单热解、不同温度和混合比例下的PVC-SW微波共热解以及PVC与生物质三大有机成分（纤维素、半纤维素和木质素）分别微波共热解的实验探究,分析了不同参数对于产物特性以及氯分布的影响。微波热解技术是一种更前沿、更简单、更高效的热解技术,具有比传统加热更好的加热均匀性和过程可控性。实验结果表明,
有机-无机复合电解质因兼具较高的离子电导率和较好的机械性能,成为固态电解质领域的研究热点。在有机-无机复合电解质中,有机无机两相性质的不同导致两相间产生较大的界面电阻,阻碍锂离子在有机-无机复合电解质中的传输。本文将N,N-二甲基甲酰胺（DMF）引入聚环氧乙烷（PEO）聚合物-陶瓷复合电解质中,通过DMF分子与无机陶瓷颗粒相结合,改善在聚合物和无机陶瓷颗粒界面上的锂离子传输,从而提高有机-无机复合
肝素类药物目前是临床常用的抗凝血药品,如何通过生物合成法高效的合成肝素类抗凝血药一直是人们所关注的问题。3-氧-磺基转移酶I（3-OST-1）是合成具有抗凝活性的硫酸乙酰肝素的必要工具酶,因而增加3-OST-1的酶表达量、提高3-OST-1的酶活性且拓展其底物广谱性对于肝素类药物的生产与相关药物的研发具有深远意义。本课题采用理性设计策略,通过分子对接和突变能模拟计算的方法解析3-OST-1与底物之