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【第一參賽人/留學人員】李成成
【留學國家】澳大利亞
【技術(shù)領(lǐng)域】新能源與節(jié)能環(huán)保
【參賽屆次】第7屆
【所獲獎項】入圍
【項目簡介】
隨著環(huán)境和能源問題的日益突出，開發(fā)清潔、高效的新能源成為了全世界的研究熱點，其中，氫能是未來最理想的一種清潔能源。質(zhì)子交換膜燃料電池以氫氣為燃料，具有環(huán)保、充電快、自重輕、能量密度高等獨特優(yōu)勢，在交通運輸、小型固定能源、軍事以及便攜通訊領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在交通運輸方面，氫燃料電池汽車是未來新能源清潔動力汽車的主要發(fā)展方向之一。目前低溫氫燃料電池催化劑存在的主要問題一是Pt的大量應(yīng)用致使催化劑的價格較高，二是催化劑容易出現(xiàn)CO中毒現(xiàn)象，從而導致催化劑的活性與穩(wěn)定性降低。CeO2由于有氧化還原離子對(Ce3+/Ce4+)，因而具有獨特的氧化還原性能，較高的儲存釋放氧能力，被廣泛應(yīng)用于多項催化反應(yīng)中。通過我們前期的研究中發(fā)現(xiàn)，CeO2作為低溫氫燃料電池催化劑Pt/C的助催化劑，可以通過以下催化原理達到顯著提高催化效果的目的：（1）CeO2與Pt的協(xié)同效應(yīng)，Ce4+的離子半徑比較小，并擁有4個正電荷，使得CeO2表面呈現(xiàn)出較高的電荷密度，產(chǎn)生較強的電場。因此在CeO2表面容易發(fā)生對水化學吸附，并離子化產(chǎn)生活性氧(OH-)，解除COads對Pt表面的毒化。（2）CeO2與Pt的電子效應(yīng)，CO與Pt之間能形成穩(wěn)定的σ-π鍵，使得CO的脫附和氧化變得極為困難。CeO2的加入使得這種成鍵的電子組態(tài)被破壞，減少了CO脫附和氧化所需的能量，進而增強催化劑活性。（3）CeO2的儲氧性能， CeO2含有大量氧空位，能以可逆的方式釋放和接受氧物種，從而具有儲氧/釋氧功能，進而能促進Pt上吸附的-COads的氧化。我們前期的研究發(fā)現(xiàn)CeO2可以將催化劑Pt/C的活性提高3—4倍，穩(wěn)定性提高到原來的2—3倍，而CeO2與其他氧化物例如ZrO2復合可以進一步提高Pt/C催化劑的活性到原來的6倍，同時穩(wěn)定性也進一步提高。本催化劑催化活性及穩(wěn)定性明顯高于目前常用的Johnson Matthey公司的Pt/C催化劑，催化劑中的Pt含量可由商業(yè)Pt/C催化劑的50%Pt降低到10%Pt，膜電極成本明顯低于國內(nèi)外同類企業(yè)，在降低膜電極成本的同時顯著提升電極的催化性能。技術(shù)介紹：用氧化鈰作為助催化劑提高催化劑的催化活性，降低Pt含量，進而降低催化劑成本。產(chǎn)品：本催化劑催化活性及穩(wěn)定性明顯高于目前常用的Johnson Matthey公司的Pt/C催化劑。催化劑中的Pt含量可由商業(yè)Pt/C催化劑的50%Pt降低到10%Pt，膜電極成本明顯低于國內(nèi)外同類企業(yè)。
【展開】
【收起】