碳基氧电极的多尺度设计构筑及其动力学过程研究

项目名称： 碳基氧电极的多尺度设计构筑及其动力学过程研究

项目编号： No.21403227

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 金具涛

作者单位： 中国科学院大连化学物理研究所

项目金额： 25万元

中文摘要： 铂基电催化剂的资源和成本问题是制约聚合物离子交换膜型燃料电池商业化的主要障碍。经过长期探索，以M-C-N（M：过渡金属，C：碳，N：氮，以下简称碳基）为代表的非铂氧还原电催化剂取得了长足进展。尽管如此，基于碳催化剂的燃料电池性能还远未达到设计要求。本项目针对碳基催化剂单点活性低以及由其构成的氧电极催化层较厚、电池功率特性差等问题，提出了基于碳基氧电极的多尺度构筑的思想：分别在原子和分子尺度上设计构筑高效的活性中心，提高催化剂单点活性及活性点数量，同时结合理论计算，探索碳基催化剂表面电子结构和催化活性之间的关系，为碳基催化剂的合成设计提供理论依据；在介观尺度上设计合理有序的催化层孔道结构，强化反应物、产物、离子和电子等在催化层中的输运过程以及形成稳定有效的电催化反应界面；在宏观尺度上优化膜电极以及电堆结构，着力解决催化层、扩散层和电解质膜之间的匹配性问题，提高电堆一致性。

中文关键词： 氧还原；燃料电池；非铂催化剂；稳定性；结构

英文摘要： The high price and scare resource in nature of platinum for catalyzing the cathodic oxygen reduction reaction (ORR) has hampered the commercialization of polymer electrolyte fuel cells. Alternative electrocatalysts based on non-precious metals, such as M-

英文关键词： oxygen reduction reaction；fuel cell；nonprecious electrocatalyst；stability；structure