非贵金属-氮掺杂碳氧还原反应电催化剂设计的第一性原理研究文献综述

 2021-10-25 21:31:21

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一、 研究背景 随着人类社会的不断发展,对于能源的需求和环境的要求日益迫切,而宝贵的化石资源(石油、天然气、煤炭等)作为燃料燃烧不仅造成了巨大的浪费,而且会引起严重的环境。

因此,开发新的能源形式就成为了人类社会可持续发展的要点。

,燃料电池因此备受关注,但受限于稀有金属催化剂的使用等因素造成价格高昂,一直未能实现规模化推广应用[1]。

并且燃料电池阴极发生的氧气还原反应速率缓慢严重限制了燃料电池的性能[2]。

目前,燃料电池多以贵金属Pt作为阴极催化剂,高昂的成本限制了其商业化发展,因此寻求廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂已成为燃料电池研究的主要目标之一。

长久以来,铂基催化剂一直被公认为是ORR最有效的催化剂,但铂基催化剂存在价格昂贵和储量有限等问题。

近些年来,为了促进燃料电池、金属-空气电池和ODC电解的发展,科研工作者就开发低成本、高活性和长久稳定性的非贵金属催化剂(NPMCs)做出了诸多努力[3]。

在过去几十年里,研究人员一直致力于开发与研究价格低廉、性能稳定、耐久性好的新型催化剂代替铂基催化剂[4]。

为了克服燃料电池高成本问题并促进其商业化进程,发展非贵金属阴极氧还原催化剂既具有挑战性又具有潜在的应用前景,成为燃料电池技术领域的研究热点和重点[5]。

二、 研究意义燃料电池作为一种将燃料中具有的化学能直接转化为电能的发电装置,中间不经过燃烧过程,不受传统热机中卡诺循环对能量利用效率的限制,因此具有能量转换效率高、环境污染少等优点,有潜力成为一种理想的能源利用方式[6]。

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