电化学氧还原氮掺杂碳基催化剂合成及其催化性能研究

基本信息
批准号:21203008
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:杨文
学科分类:
依托单位:北京理工大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:康健,李梦瑶
关键词:
催化剂氮掺杂碳电化学氧还原燃料电池
结项摘要

The electrocatalytic activity and durality of nitrogen-doped carbon based catalysts depend on their structures. The improvement of electrocatalytic activity and durality are rely on the beter understanding of active site structures. In this proposal, we will address structure-reactivity relationships of high-surface-area nitrogen-doped carbon based catalysts for the electroreduction of oxygen. Our work is based on the hypothesis that a utilizing high-surface-area nitrogen-doped carbon based catalysts for higher acitive site utilization, choosing high-nitrogen containing chemicals as nitrogen prcursors to increase the nitroge contents of active site for achieving high active sites density (SD) on nitrogen doped carbon based catalysts;a careful tuning contents and ratios of precursors including (nitrogen, transition metal salt, carbon),and optimizing heat-treatment procedures to fabricate Fe-N2+2 structures, and pyridinic or graphitic nitrgen-doped carbon to catalyze oxygen reduction via 4e path and increase turnover rate of the catalyst. The electrochemical activity of catalysts will be correlated with their synthesis procedure and structure.The mechansim for oxygen redution will be studied. At the end of this project is a deeper understanding of how structure affects activity and durabity of nitrogen-doped carbon electrocatalyts for oxygen reduction, which will propel the development of non-precious metal based catalysts for proton-membrane exchange fuel cell.

本项目针对氮掺杂碳基氧还原催化剂存在活性位点密度低、催化活性较差和稳定性不佳等问题,提出高比表面积的氮掺杂碳基氧还原催化剂合成及其性能研究的课题,旨在制备具有高催化活性和高稳定性的氮掺杂碳基电化学氧还原催化剂。拟开发新的氮源,设计合成一系列高比表面积的氮掺杂碳基氧还原催化剂,增加活性位点处的氮含量和容积比表面积,实现增加催化剂的活性位点密度和催化剂利用率的目的;拟优化氮源、过渡金属的含量和成分、及高温热解的升温程序,制备具有Fe-N2+2、吡啶型或石墨型氮掺杂结构的氮掺杂碳基催化剂,研究促进氧还原的四电子催化过程的策略,实现提高催化剂的氧还原转化率的目的。系统研究合成材料和方法对催化剂结构、催化性能和稳定性的影响;探索氮掺杂碳催化剂的活性位点结构,揭示催化剂结构与其氧还原催化性能和稳定性之间的构效关系。本研究成果将促进氮掺杂碳基氧还原催化剂开发及其在质子交换膜燃料电池中的应用。

项目摘要

本项目针对氮掺杂碳基氧还原催化剂存在活性位点密度低、催化活性较差和稳定性不佳等问题,提出高比表面积的氮磷掺杂碳基氧还原催化剂合成及其性能研究的课题,旨在制备具有高催化活性和高稳定性的氮掺杂碳基电化学氧还原催化剂。我们采用硬模板技术合成一系列高比表面积(639 -1117 cm2 g-1)的,氮磷掺杂碳基氧还原催化剂, 通过优化活性位点处的氮含量(3.2-6.8%)和磷含量(0.1-0.6%),实现增加催化剂的活性位点密度和催化剂利用率的目的,并采用XPS光电能谱结合电化学性能测试以及电化学毒性测试,对氮磷掺杂碳基氧还原催化剂催化活性位点结构进行了初步探讨,我们认为所制备的2类磷氮掺杂催化剂具有较高吡啶型或吡咯石墨氮掺杂形态,该类氮掺杂形态对氧还原催化性能有较好的促进作用;在氧还原催化机理方面,以CoMn2O4钴锰尖晶石氧化物作为一种模型催化剂,提出利用该类催化剂具有氧还原和氧析出双功能催化特性和降解氧还原中间产物过氧化氢特性,制备具有高稳定CoMn2O4/CNTs复合物催化剂。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
4

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020
5

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
发表时间:2019

杨文的其他基金

批准号:51404019
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11774021
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:21204016
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21702055
批准年份:2017
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874031
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50672133
批准年份:2006
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:10975194
批准年份:2009
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:61271401
批准年份:2012
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:31301704
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871430
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41475018
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:61203158
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61771351
批准年份:2017
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:11801550
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61573143
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:40475008
批准年份:2004
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:30900770
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81572895
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:40801183
批准年份:2008
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91954120
批准年份:2019
资助金额:77.00
项目类别:重大研究计划
批准号:31600427
批准年份:2016
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11274036
批准年份:2012
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:81372356
批准年份:2013
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31760528
批准年份:2017
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11375270
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

煤基氮掺杂多孔碳的制备及氧还原电催化性能研究

批准号:51702358
批准年份:2017
负责人:徐朗
学科分类:E0203
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

介质阻挡放电制备AEMFC氮掺杂碳纳米笼氧还原催化剂及性能研究

批准号:21676040
批准年份:2016
负责人:黄乃宝
学科分类:B0809
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
3

“过渡金属-氮”共掺杂碳基铝空气电池催化剂的结构调控及氧还原催化特性

批准号:21671200
批准年份:2016
负责人:王海燕
学科分类:B0104
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
4

低铂/非铂氮掺杂碳气凝胶复合氧还原催化剂的结构及性能研究

批准号:21076048
批准年份:2010
负责人:陈胜洲
学科分类:B0809
资助金额:32.00
项目类别:面上项目