預期研究方案
本項目擬利用微波工藝和化學(xué)腐蝕工程原位制備燃料電池 Pt 及合 金催化劑，優(yōu)選不同 Pt 前驅體、 3d 軌道過(guò)渡金屬（Fe、Co、Ni 等）、 稀土元素 RE(RE=La、Ce、Gd 等)前驅體和不同碳載體（0 維-3 維碳載體） 進(jìn)行微波反應制備多孔高性能耐久性碳載 Pt 及合金催化劑。通過(guò)在微 波反應過(guò)程中精準調控反應條件（功率、時(shí)間、溫度）等技術(shù)參數、前 驅體配比、腐蝕離子來(lái)源與種類(lèi)等進(jìn)一步優(yōu)化催化劑的形貌、多級孔道 以及活性位點(diǎn)密度，最終實(shí)現 Pt-RE/C 催化劑。采用先進(jìn) SEM、TEM 等進(jìn)行結構表征，原位拉曼表征 ORR 過(guò)程中關(guān)鍵中間物種的原位吸收光譜， 在硫氛根溶液中進(jìn)行毒化試驗等多種電化學(xué)測試方法研究 Pt-RE/C 催化 劑的活性和穩定性通過(guò)燃料電池的測試平臺評估催化劑的實(shí)際應用性 能，并借助理論技術(shù)和原位電化學(xué)表征技術(shù)揭示催化劑穩定性能與結構 的構效關(guān)系以及催化過(guò)程中聚合和中毒機制，最終實(shí)現高性能 Pt-RE/C 催化劑的原位制備與優(yōu)化。
創(chuàng )新性：
（1）利用過(guò)渡金屬已發(fā)生反應的特點(diǎn)，采用電化學(xué)腐蝕技術(shù)可有 效實(shí)現對 Pt 合金催化劑結構的刻蝕效應， 既能有效形成多級孔道的 Pt-RE/C 催化劑，又能精準提高催化劑活性位密度。
（2） 引入稀土或稀土氧化物形成 Pt-RE/C 催化劑，稀土元素的摻 入可以通過(guò)應力效應和配體效應來(lái)改變合金催化劑金屬的電子態(tài)，可有 效消除羥基自由基，從而提高了鉑納米顆粒催化劑的活性和選擇性，同 時(shí)使其催化壽命延長(cháng)，從而提高燃料電池的綜合性能。
預期成果
1.研究出 3 種 Pt-RE/C 催化劑制備工藝；
2.催化劑性能達）單原子碳基催化劑實(shí)現在 25℃下的酸性 ORR 活 性>30 A/g@0.82V，加速測試 10000 (100 mV/s, 0.6-1.0 V)次循環(huán)后， 在 0.82 V vs.RHE 的動(dòng)力學(xué)電流損失小于 40%。利用制備的單原子催化 劑組裝的碳基陰極質(zhì)子交換膜燃料電池最大功率≥1.2 W/cm2@ 80℃ , 在 0.9 ViR-free 的電流密度達 30 mA/cm2（在 0.8 ViR-free 的電流密 度達 400 mA/cm2），能量轉換效率>65% (LHV），壽命≥1000 小時(shí)。
3.發(fā)表行業(yè)頂級期刊（領(lǐng)域前 2%）發(fā)表論文 5-6 篇，申請國家發(fā)明 專(zhuān)利 7-8 項，美國 PCT 專(zhuān)利 5-6 項，歐洲 PCT 專(zhuān)利 5-6 項
培養碩士研究生 10 名，博士研究生 2 人。
