【摘 要】
：
高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）凭借其对阳极氢气中CO容忍度高的优势,可以与甲醇重整装置联用,完美解决了常规质子交换膜燃料电池（LT-PEMFC）对氢气储存和输运技术的严重依赖,是一项极具发展前景的清洁能源高效利用技术。目前HT-PEMFC运行功率和稳定性仍低于LT-PEMFC,无法满足大规模商业化应用的要求。其中,动力学缓慢和氧化性气氛的阴极氧还原反应（ORR）是HT-PEMFC性能短
论文部分内容阅读
高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）凭借其对阳极氢气中CO容忍度高的优势,可以与甲醇重整装置联用,完美解决了常规质子交换膜燃料电池（LT-PEMFC）对氢气储存和输运技术的严重依赖,是一项极具发展前景的清洁能源高效利用技术。目前HT-PEMFC运行功率和稳定性仍低于LT-PEMFC,无法满足大规模商业化应用的要求。其中,动力学缓慢和氧化性气氛的阴极氧还原反应（ORR）是HT-PEMFC性能短板。用于催化HT-PEMFC阴极反应的最佳催化剂仍然碳负载的铂基纳米颗粒。由于HT-PEMFC常用磷酸复合膜作为固体电解质,磷酸根等强吸附物种导致了Pt基催化剂性能下降以及相应用量增加。因此,高昂的成本、高用量和易受磷酸根毒化的特性成为了限制铂基ORR催化剂在HT-PEMFC应用的主要原因。为了降低HT-PEMFC的运行成本和提高运行效率,本论文通过设计合成廉价且耐磷酸的高活性的非Pt和低Pt ORR电催化剂解决上述瓶颈问题,取得研究成果包括以下两方面:（1）本论文以ZIF-8纳米多面体为模板,利用主客体封装和共吸附湿法化学方法,合成了系列M-N-C单金属以及铁基双金属催化剂,对比评价了其在不同酸碱介质中的室温氧还原催化活性,筛选得到在磷酸溶液介质中具有最高ORR催化活性的催化剂为采用共吸附实验方法制备的铁锰双金属催化剂,其达到的氧还原半波电位高于商业Pt/C(E1/2=0.85 V vs.0.81 V),且具有较好的稳定性。同时,以铁锰双金属催化剂作为阴极催化剂的常规氢氧燃料电池的峰值功率密度可达1055 m W cm-2,说明了这一双金属氮碳多孔催化剂在电池器件中具有良好的适用性,克服了此前Fe-N-C催化剂在器件中存在的传质等方面问题,有望实现非Pt阴极氧还原催化剂在HT-PEMFC中的应用。（2）基于上述工作基础,为了进一步提升催化剂的ORR催化活性,选用五种M-N-C催化剂作为载体,通过Na BH4还原H2Pt Cl6·6H2O在其上负载不同量的Pt纳米颗粒制备低Pt催化剂。通过TEM图可得:Pt纳米颗粒在Co-N-C上均匀分布,但在Fe-N-C上负载会有一定程度的团聚现象发生。通过RDE测试分析其不同酸碱介质中的室温氧还原催化活性,Pt/Co-N-C（I）在H3PO4介质中的E1/2=0.84 V,具有最好的催化活性。将其作为阴极催化剂的LT-PEMFC的最高输出功率密度可达1893 m W cm-2。本论文制备的非Pt和低Pt的电催化剂在磷酸介质中具有较优的氧还原催化活性,为后续HT-PEMFC的发展提供关键材料。将其组装成燃料电池均具有较高的功率输出密度,说明制备的催化剂在电池器件中具有良好的适用性。为PEMFC的大规模商业化应用提供了有益探索。
其他文献
Ziegler-Natta（ZN）催化剂因其高活性,高定向性在聚丙烯催化剂市场中占据90%的份额。但是由于组成复杂,实验表征困难,至今其催化机理尚存在诸多争议,如载体表面构成、Ti活性中心结构和给电子体调控机理等。即便对于苯甲酸乙酯（EB）这种最简单的给电子体,对于其如何在表面迁移,是否能通过Ti-O成键直接参与活性中心,目前在实验上没有达成共识;而现有理论研究大多基于小团簇模型,限于尺寸也无法回
谷胱甘肽（GSH）是细胞中最丰富的生物硫醇（1-10 m M）,有助于维持细胞氧化还原稳态和防御毒素;硫化氢（H2S）作为重要的气体信号传导分子,参与调节血管生成、血管舒张、生物能量代谢等。异常的GSH和H2S水平与癌症有关,是重要的癌症生物标志物。因此,发展对其特异性检测的化学工具,对相关癌症的早期诊断与治疗有着重要的辅助作用。荧光探针由于具有选择性好、灵敏度高、响应迅速、实时可视化和结构定制等
采用碱后处理法对水热合成获得的ZSM-5分子筛母体进行改性研究,制备了一系列具有中空结构的ZSM-5分子筛,选择球形中空ZSM-5分子筛为母体、以ZIF-8为Zn源,水热改性制备了Zn/ZSM-5分子筛。结合谱学表征分析和甲醇芳构化（MTA）评价实验,考察了碱后处理改性对分子筛物化特性及其MTA催化性能的影响,以期为分子筛MTA催化性能的进一步提高和应用提供基础参考。以不同类型的碱对水热法合成的Z
在世界能源危机大背景下,在“碳达峰”、“碳中和”远景目标下,作为唯一含碳且可再生的生物质资源越发引起研究者的关注。生物质经快速热解得到的生物油凭借其低硫、氮含量以及CO2平衡的中性燃烧等特点具备作为绿色燃料的潜力,但是生物油相较于常规燃油具有含氧量、酸度和粘度值较高及热值较低等缺点,因此必须对生物油进行提质升级。鉴于生物油极为复杂的组成,本论文提出先对生物油梯级萃取再进行萃取相加氢提质的新升级策略
氨（NH3）作为世界上最重要的能源之一,被广泛应用于工业、农业、制药和能源储存等各方面。目前,工业上NH3的合成主要依赖于Haber-Bosch（HB）法,不足之处是造成了大量的能源消耗和温室气体的排放。绿色温和的、由可再生电能驱动的电催化氮气（N2）转化成高价值的NH3（ENRR）有希望代替HB法。然而,水溶液中极低的N2溶解度、难以活化的氮氮三键和析氢反应的竞争等都让ENRR性能不尽人意。同时
在酸性硫酸盐电镀铜填盲孔中,添加剂为超填孔镀铜工艺的核心。但是见诸报道的添加剂,尤其是加速剂的种类与数量极少,且分子构效关系不明确,这些都限制了PCB孔金属化制程的快速发展。本文以乙烯硫脲（N）、四氢噻唑硫酮（H1）、三硫代碳酸乙烯酯（ET）为研究对象,对比研究了三种五元杂环分子在沉铜过程中的电化学行为、吸脱附性能、电结晶行为以及填孔效果,揭示了杂环中硫原子对电镀铜的作用。首先,通过计时电位法探究
无机纳米材料是纳米材料研究中最重要的领域,在环境、能源、生物等方面被广泛应用。然而,由于无机纳米颗粒具有高活性、粒径小和高表面能等特点,在合成过程中容易发生团聚,导致最终在使用过程中丧失了其该有的物理特性与功能作用。因此,开发一种高效、可控的技术来合成无机纳米材料至关重要。一方面,可通过合适的设备来改善这种情况。目前膜分散微反应器被广泛应用于纳米颗粒的合成,因为其混合性能和分散效果好,可强化反应的
为了解决当前面临的环境和能源问题,我们急需推动燃料电池和锌-空气电池等高效稳定且清洁的新型能源的大规模使用。然而目前锌-空气电池的空气阴极在放电过程中所用催化剂仍为贵金属催化剂（Pt基）,反应缓慢、稳定性差,不利于锌-空气电池的大规模发展。因此需要我们开发成本低、活性高且能够长时间稳定运行的非贵金属催化剂。本论文以沸石咪唑骨架（ZIFs）为前驱体,设计合成了两种ZIFs衍生的碳基非贵金属氧还原（O
气溶胶不仅带来了严重的大气环境污染问题,还潜在地影响了气候变化和人体健康,它的主要来源为新粒子形成,而成核是新粒子生成的初始阶段和关键步骤。硫酸和甲胺已被证实是重要的成核前驱体,且有机羧酸可能参与预成核团簇的形成从而促进大气中新颗粒的生成。但由于大气环境的多样性和水分子的普遍存在,涉及硫酸、有机酸、甲胺和水的多组分关键团簇的结构信息、预成核团簇的形成路径以及团簇的水合影响机制仍不清楚,且获取较为复
电催化CO2还原（CO2RR）可以利用可再生电能,制备具有高附加值的碳基燃料。CO2RR不仅有助于缓解过量排放的CO2,而且还能将多余的电能储存为化学能。铜基催化剂能够将CO2还原为多碳产物,但其C2+产物的选择性较差,这限制了铜基催化剂的实际应用。先前的理论和实验研究表明,Cu+和Cu~0的协同作用有助于改善C2+产物的选择性。然而,在CO2RR较大的过电位下,Cu+很难稳定存在。因此,迫切需要