工業(yè)革命以來,地球化石能源的過度消耗及其導致的溫室效應使得人們越來越關注新能源的開發(fā)與利用。質(zhì)子交換膜燃料電池擁有清潔和可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)點,是解決能源危機的方法之一。陰極電催化劑表面氧還原反應(ORR)動力學緩慢和穩(wěn)定性較差是限制低溫燃料電池產(chǎn)業(yè)化的瓶頸之一,高效、穩(wěn)定、低成本陰極電催化劑的研發(fā)至關重要。相比于現(xiàn)階段使用廣泛的商業(yè)化鉑碳催化劑,基于尺寸、成分、表面結構調(diào)控構筑的高比表面積Pt基納米結構表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR活性,成為了高性能陰極電催化劑研究開發(fā)的重點對象。本文從陰極電催化劑所面臨的問題出發(fā),對Pt基納米粒子進行材料設計,利用密度泛函理論(DFT)研究其催化活性和電化學穩(wěn)定性,主要內(nèi)容如下:(1)利用DFT方法對Cu摻雜的截角八面體Pt納米粒子表面結構及其ORR活性進行了研究。計算結果表明:表面固有缺陷(如頂點和棱邊)及其誘導的非均勻表面應變使得Pt表面的氧吸附能力過強,在內(nèi)核摻雜Cu組分可弱化Pt的氧吸附能力,形成雙層Pt膚時效果尤其顯著,接近吸附能—活性火山曲線峰值。同時,發(fā)現(xiàn)Cu摻雜可有效提高清潔Pt膚表面溶解電位(替換次表層時效果最佳),但催化條件下氧的吸附可誘導Cu偏...

【文章來源】： 湖南農(nóng)業(yè)大學湖南省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 燃料電池的工作原理
    1.3 Pt催化劑的作用機理
    1.4 Pt基催化劑的研究進展
        1.4.1 Pt基催化劑ORR活性的研究進展
        1.4.2 Pt基催化劑電化學穩(wěn)定性的研究進展
    1.5 本研究工作的意義、目的和內(nèi)容
第二章 理論基礎
    2.1 量子力學
        2.1.1 波函數(shù)與薛定諤方程
        2.1.2 絕熱近似
        2.1.3 單電子近似
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham定理
        2.2.3 交換關聯(lián)泛函
        2.2.4 平面波基組
        2.2.5 贗勢理論
    2.3 VASP軟件包
第三章 Cu摻雜Pt膚納米晶的氧還原催化性能
    3.1 引言
    3.2 計算模型與方法
        3.2.1 計算模型
        3.2.2 計算方法
    3.3 結果與討論
        3.3.1 表面結構分析
        3.3.2 氧吸附能分布及ORR催化活性分析
        3.3.3 表面結構-催化活性關系
        3.3.4 電化學穩(wěn)定性分析
    3.4 本章小結
第四章 表面Au修飾Pt納米晶的電化學穩(wěn)定性
    4.1 引言
    4.2 計算模型與方法
        4.2.1 計算模型的構建
        4.2.2 計算方法
    4.3 結果與討論
        4.3.1 Au/Pt(111)表面的熱力學穩(wěn)定結構
        4.3.2 Au/Pt(111)表面金屬的電化學穩(wěn)定性
        4.3.3 TOC納米晶的電化學穩(wěn)定性
        4.3.4 TOC納米晶的電子結構及其催化性能分析
    4.4 本章小結
第五章 結論與展望
參考文獻
作者簡歷及在讀期間發(fā)表的學術論文及研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]燃料電池的關鍵技術 [J]. 侯明,衣寶廉.  科技導報. 2016(06)
[2]車用燃料電池現(xiàn)狀與電催化 [J]. 俞紅梅,衣寶廉.  中國科學:化學. 2012(04)
[3]質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)展前景探討 [J]. 張麗彬,陳曉寧,吳文健,高洪濤.  農(nóng)業(yè)工程技術(新能源產(chǎn)業(yè)). 2011(04)



本文編號：3544539