报告题目：质子膜燃料电池非铂氧还原催化剂研究

报 告 人：水江澜 教授  （北京航空航天大学）

报告时间：2020/11/10 10:00-11:30

报告地点：腾讯会议链接：https://meeting.tencent.com/s/IuUHLjNHmtMG

会议 ID：409 836 139

报告人简介：

    水江澜，北京航空航天大学材料科学与工程学院，教授，博导。先后于天津大学化工学院（2000）获学士学位、中国科学技术大学（2006年）和美国罗切斯特大学（2010年）获双博士学位，在美国阿贡国家实验室和凯斯西储大学进行了博士后研究，2015年入职北航。研究方向包括质子膜燃料电池、电催化剂、室温储氢材料、储能电池关键材料。迄今发表SCI论文80余篇，包括Nat. Nanotech., Nat. Catal., Nat. Commun., Sci. Adv., PNAS, J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Angew. Chem. Int. Ed., ACS nano, Nano Lett.等国际著名期刊，其中十余篇入选“ESI高被引论文”，两篇入选热点论文，引用3000余次。出版英文专著一章，授权美国发明专利一项，获青年千人荣誉和2016 R&D100 奖。IEEE会员，内燃机协会燃料电池发动机分会会员，多次受邀在国际/国内学术大会做特邀/主题报告，主持国家自然科学基金面上项目两项。

报告简介：

    稀缺的铂资源是限制质子膜燃料电池(PEMFC)大规模应用的瓶颈，基于非铂元素开发出高效、稳定的非铂氧还原（ORR）催化剂是解决这一问题的关键，本课题组聚焦这一目标开展了一系列基础研究。本课题组开发的固相合成法可以绿色快速大批量地制备单原子催化剂，发明的顺序配位法进一步提高了金属单原子的载量和种类，制得多种M-N-C类单原子催化剂，所用金属元素包括过渡金属Fe, Co, Ni, 贵金属Ir, Pd, Ru, Rh, Pt以及稀土元素Sc和Y。研究了单原子活性点配位结构对活性的影响规律，发现了活性点金属和配位阴离子匹配原则；深入研究了活性点浓度、利用率与燃料电池性能之间的构效关系；通过催化剂形貌设计使得Fe-N-C的电池性能率先达到美国能源部指定的非铂催化剂活性目标。

    非铂催化剂的电池稳定性较差，是限制其实际应用的关键。我们首次提出对Fe-N-C的活性点进行Pt单原子修饰，促进双氧水分解，使得Fe-N-C燃料电池稳定性提高一倍；我们发现碳基无金属催化剂，包括氮掺杂碳和Zigzag型缺陷碳，其电池具有明显优于Fe-N-C电池的稳定性；此外，我们展示了贵金属单原子催化剂稳定性明显优于Fe-N-C材料。这些发现为开发适用于质子膜燃料电池高稳定性非铂催化剂提供了契机。