基于石墨烯和碳化钨的质子交换膜燃料电池高性能阴极材料的理论设计

发布时间：2022-01-06 13:54

　　质子交换膜燃料电池因其清洁、高效、无污染而备受关注,但其传统的阴极铂/碳催化剂却存在价格昂贵、碳基底易腐蚀、铂催化剂易一氧化碳中毒等问题。为克服这些问题,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法及分子动力学模拟,首先探究了不同原子掺杂对石墨烯几何及电子结构的影响,研究其结构稳定性和对氧气还原和一氧化碳氧化的催化活性与机理,并与传统的铂基催化剂相对比。结果表明掺杂改性是调节石墨烯活性的有效手段。掺杂之后的石墨烯可以作为催化剂直接参与催化反应,也可以作为催化剂基底起到稳定催化剂和调节催化剂活性的作用。此外,我们还研究了碳化钨负载的贵金属（铂、钯、金）单层催化氧还原反应活性及抗CO中毒特性。结果表明,碳化钨作为一种良好的衬底,可以提高被负载的金属单层的稳定性、活性和抗中毒性。本文的研究结果将为设计高效、稳定、廉价的石墨烯基催化剂和高性能的负载型催化剂提供理论支持。具体研究内容如下:1.石墨烯催化氧气还原活性的掺杂调控（1）研究了氧气在非金属磷原子掺杂的石墨烯表面的还原机制。结果表明除了H₂O之外的所有吸附物（如氧原子、氢氧根）都可以强烈地吸附在掺杂的磷原子附近,并且所有... 

【文章来源】：河南师范大学河南省

【文章页数】：109 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

燃料电池分类及对应的适用燃料和工作温度燃料电池(FCs)是一种清洁、高效的电化学发电装置，可将氢气、天然气、甲醇、碳氢化合物等燃料中的化学能直接转化为电能[2]

质子交换膜燃料电池结构与工作示意图

图 1-3 双金属合金（左）和双金属核壳结构（右）示意图采用不同方法合成的尺寸不同的双金属合金催化剂的催化活性也有很大差别[22]。于纳米尺度的材料来说，量子尺寸效应是他们的一个基本特征。当尺寸减小时，表

【参考文献】：
期刊论文
[1]Prospects of fuel cell technologies[J]. Shuangyin Wang,San Ping Jiang.  National Science Review. 2017(02)
[2]The hepatitis B virus-associated tumor microenvironment in hepatocellular carcinoma[J]. Pengyuan Yang,Geoffrey J.Markowitz,Xiao-Fan Wang.  National Science Review. 2014(03)



本文编号：3572578