在21世紀(jì)的今天,“環(huán)境污染”與“能源短缺”兩大問題日漸凸顯,面對傳統(tǒng)的化石能源日趨枯竭及其大量使用所帶來的污染問題,世界各國都致力于發(fā)展清潔可再生的新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無污染、安全可靠等優(yōu)點被認(rèn)為是最有潛力在電動汽車和便攜式移動電源等方面實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的清潔能源轉(zhuǎn)換裝置。然而,到目前為止,催化劑成本高、運行過程中的穩(wěn)定性差是PEMFCs商業(yè)化進程中所面對的最大阻礙。因此,開發(fā)出具有高活性和穩(wěn)定性的低成本燃料電池催化劑,特別是導(dǎo)致電極反應(yīng)速度緩慢的陰極氧還原催化劑,對推進燃料電池的全面產(chǎn)業(yè)化具有非常重大的意義。盡管非鉑催化劑的研究取得了一定的進展,但是其低活性和運行過程中的不穩(wěn)定性難以滿足PEMFCs的實際應(yīng)用需求。在納米尺度上調(diào)控催化劑的結(jié)構(gòu)和組分,開發(fā)出具有高催化活性和穩(wěn)定性的低鉑催化劑是當(dāng)前燃料電池研究領(lǐng)域的熱點方向。鑒于在催化反應(yīng)過程中,只有催化劑表層或者近表層的原子才能為反應(yīng)提供活性中心,因此設(shè)計合成具有鉑基殼層的核殼結(jié)構(gòu)納米催化劑能夠在很大程度上提高貴金屬鉑的利用率,降低鉑的載量和催化劑的成本。與此同時,通過調(diào)控內(nèi)核基...

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【學(xué)位級別】：博士

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圖1.1英國科學(xué)家WilliamRobertGrove發(fā)明的燃料電池[8]

圖1.1英國科學(xué)家WilliamRobertGrove發(fā)明的燃料電池[8]。

圖1.2燃料電池基本結(jié)構(gòu)示意圖

圖1.2燃料電池基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1.3鉑基催化劑活性提高的途徑

圖1.3鉑基催化劑活性提高的途徑。在燃料電池的電極反應(yīng)中，即使使用鉑催化劑，其陰極氧還原反應(yīng)動力學(xué)依然非常緩慢，氧氣在鉑催化劑表面電還原反應(yīng)的交換電流密度要比陽極氫氧化反應(yīng)的交換電流密度小5-6個數(shù)量級[39]。因此，如何提高陰極氧還原反應(yīng)速率成為推動

圖1.4二元Pt3M合金催化劑活性與d帶中心位置的關(guān)系

圖1.4二元Pt3M合金催化劑活性與d帶中心位置的關(guān)系[57]。

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