应用于氧还原反应的非贵金属原子分散级金属-氮-碳催化剂的设计

为了进一步实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)能量转化技术的大规模开发和应用,提高催化剂的成本效益是先决条件.目前,与铂族等贵金属基催化剂相比,原子分散的金属-氮-碳(M-N-C)催化剂也在提高活性位点密度、原子利用率和催化活性等方面表现出巨大的潜力,是最有望代替铂基催化剂的首选材料.在原子分散M-N-C催化剂的制备过程中,获得活性位点均匀分散且结构体系最优化是挑战性问题.基于此,我们重点研究了各种有利于原子分散的M-N-C催化剂的制备方法,以及不同催化剂中原子的化学环境调控对催化位点的影响.本文从M-N-C催化剂的合成与表征、反应机理、密度泛函理论计算等方面进行了深入的探讨,着重讨论了双金属位点、原子簇结构和杂原子对催化位点的化学环境调控.最后,提出了原子分散M-N-C催化剂大规模应用存在的问题及进一步优化的发展方向.