[01749542]燃料电池空气电极性能提升及非贵金属化研究

能源危机与环境污染迫切需要淸洁、高效、安全、环保的动力电源。燃料电池因其高转换效率，污染低、无机械震动、噪音低等优势性能而在交通运输、电源及武器独立电源等领域有潜在的巨大应用市场。针对燃料电池面临的关键科学与技术问题，在国家自然科学基金等项目的支持下，完成人团队开展旨在提高燃料电池空气电极性能及低成本化的基础科学问题研究，主要取得的科学发现点如下： 1.揭示了“氮掺杂石墨烯分子结构-电导率-氧还原催化活性”间的内在关系，提出了“基于层状材料层间原子尺度扁平纳米反应器选择性高效制备平面氮掺杂石墨烯”的新概念：在此基础上，提出“无机盐重结晶紧约束法宏量制备平面氮掺杂碳催化剂”新方法，实现了廉价、高性能的氮掺杂碳催化剂的绿色宏量制备。该成果相关的2篇代表性论文自2013年和2015年发表以来，一直是ESI 1%高被引论文，SCI他引分别达263次和126次。被国内外科学网站作为亮点广泛报道，被国际同行誉为新型燃料电池催化剂的得力助手。 2.合成并发现磷掺杂石墨烯和氮磷双掺杂石墨烯可用于碱性介质中氧气还原催化，实现了对石墨烯表界面电子结构“电荷效应-配位效应-自旋效应”三重效应调节。该成果相关的两篇代表性论文自2013年和2015年发表以来，一一直是ESI1％高被引论文，SCI他引分别达173次和209次。 3.通过催化剂与其载体和助剂间的协同增强机制，利用载体对催化剂颗粒的锚定效应，提出高效、长寿命负载型Pt基催化剂完整的催化作用理论体系。成果相关的代表性论文自2012年发表以来，一直是ESI 1%高被引论文，SCI他引202次，被Wiley国际Material Views予以特别报道。 4.发现了对氧还原具有特别催化活性的MnO₂晶型及诱导形成该晶型MnO₂的本质原因，揭示了氧化物结构与活性间的关系，建立了氧空位对MnO₂催化活性的调控机制。成果相关的代表性论文自2000年发表以来，SCI他引52次，被同行评价为过渡金属氧化物中最具潜力的催化剂。 基于上述研究成果，项目完成人应邀在英国皇家化学会著名综述性刊物Chem. Soc. Rev. (IF=52.613)撰写综述，是2015年我国最具国际影响力的100篇优秀论文之一，是ESI 1%高被引论文和0.1%热点论文，SCI他引达611次。该项目获2017年重庆市自然科学一等奖。