摘要：血红素作为一种天然金属大环化合物常被用于制备非贵金属电催化剂用于燃料电池阴极的氧还原反应,但是其电催化活性仍有待提升。本文以氯化钠作为模板设计合成了一种中空的铁基非贵金属电催化剂Hemin-HD(Hemin hollow derivative),在碱性介质中该催化剂可以高效地催化氧还原反应。结合透射电镜、X射线衍射、比表面积分析和X射线光电子能谱等物理化学表征可知,与无模板制备的电催化剂Hemin-D(Hemin derivative)相比,Hemin-HD电催化剂比表面积提升了6.5倍,孔容积增加了3.8倍。这主要是由于该电催化剂中空结构的设计使得催化活性位可以同时分散在内表面和外表面,比表面积的增加加强了活性位点的暴露,提高了活性位点密度。此外,Hemin-HD电催化剂中的孔道结构可以有效地改善氧气传质速率,加强活性位点与反应物之间的接触,从而有效提高催化剂的氧还原活性。

摘要：结合静态模型计算和实验测试,从活化过电势、欧姆损失和浓差过电势三个方面量化分析了阴极Pt负载量和背压协同对质子膜燃料电池(PEMFC)性能的影响规律。考察了阴极Pt负载量为0.1、0.2、0.4 mg?cm^(-2),背压为100、150、200 k Pa条件下的燃料电池性能。通过比较发现,在上述条件任意组合下,随着电流密度增加,活化过电势、欧姆损失和浓差过电势逐渐加大,直接影响燃料电池性能;但在相同背压条件下,随着电流密度增加,低Pt负载量时的浓差过电势比高Pt负载量时增加得更快;同时发现,背压增加对提高燃料电池的性能有帮助,但背压增加对低Pt负载量比对高Pt负载量效果更明显。因此对于低Pt燃料电池,应适当提高运行背压以优化其性能。本文对上述实验结果的产生机理进行了探讨,并期望该结果能对低Pt/超低Pt燃料电池的设计及性能优化提供参考与借鉴。

摘要：质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化应用的瓶颈仍然是贵金属催化剂导致的成本问题。然而,目前对于催化层中纳米尺度全氟磺酸离聚物(以Nafion为代表)薄膜中质子传导的问题研究不足,无法完善三相界面的成型规律,进而指导催化层设计。在催化层浆料制备过程中,分散溶剂对Nafion的分散形态有直接影响,可能对催化层成型后附着在催化剂颗粒表面Nafion薄膜的微观结构有潜在影响,进而影响Nafion薄膜的质子传导能力。因此,在本文中利用分子自组装技术模拟催化层离聚物薄膜的聚集过程,于模型基底上制备厚度精确可控的纳米尺度Nafion薄膜,并通过微观测试表征技术探索并建立纳米尺度Nafion离聚物的微观结构模型,阐明分散溶剂对Nafion薄膜微观结构及质子传导的影响。研究发现Nafion薄膜在纳米尺度下的质子电导率比体相膜的质子电导率低一个数量级,使用介电常数较小的醇类溶剂可以使Nafion薄膜形成更有利于质子传导的微观结构,使Nafion薄膜的质子电导率得到提高。相关研究结果为优化PEMFC催化层结构,改善PEMFC催化层中质子传导问题提供给了依据。

摘要：Pt基催化剂是氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)最有效的催化剂,然而有限的Pt资源和高Pt载量严重制约了质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)的规模化应用.开发同时具有低Pt含量、高活性的ORR催化剂是推动PEMFCs大规模商业化的有效途径.本文从纯Pt催化ORR的机理出发,对当前研究中具有优异性能的均匀Pt合金催化剂和核-壳结构Pt基催化剂的ORR催化机理进行了阐述,并概述了其研究进展、研究策略和制备方法.尽管目前的研究致力于对Pt基纳米颗粒的形貌、粒径、元素组成和晶面等进行精确设计和调控,并在实验室层面实现了活性和耐久性的显著提升,但是现有常用制备方法存在的问题使得其商业化生产无法取得突破进展.最后对Pt基催化剂的规模化制备提出了见解,并对其前景进行了展望.

摘要：2009年上海交通大学创办致远学院,开启了“好奇心驱动”拔尖人才培养模式的探索历程。该模式根据成就动机理论,从教学设计、师资安排、学习环境等方面进行制度设计。通过构建“整合性、挑战性、合作性”培养体系,打造高水平师资队伍,营造自主探究、交叉创新的学习环境,使学生的好奇心转化为积极的学习和探索行为,确保了拔尖人才培养的水平和成效。

摘要：研究了不同参数的阳极多孔传输层在质子交换膜水电解中的极化特性。结果发现,铱钌镀层可降低电解池的欧姆极化和电荷转移极化。同时,钛毡厚度为0.2 mm,通孔面积集中在40μm^(2),孔隙率为60%时,其欧姆极化和传质极化有所降低。基于上述结论,设计了一款性能良好的定制钛毡。在3 A/cm^(2)的电流密度下,该阳极钛毡的水电解电压为2.11 V,而普通钛毡的水电解电压为2.40 V。

摘要：Carbon black is utilized as a conventional electrocatalyst support material for proton exchange membrane fuel cells. However, this support is prone to corrosion under oxidative and harsh environments, thus limiting the durability of the fuel cells. Meanwhile, carbon corrosion would also weaken the linkage between Pt and the support material, which causes Pt agglomeration, and consequently, deterioration of the cell performance. To overcome the drawbacks of a Pt/C electrocatalyst, a hybrid support material comprising molybdenum disulfide and reduced graphene oxide is proposed and synthesized in this study to exploit the graphitic nature of graphene and the availability of the exposed edges of MoS2. TEM results show the uniform dispersion of Pt nanoparticles over the MoS2-rGO surface. Electrochemical measurements indicate higher ECSA retention and better ORR activity after 10000 potential cycles for Pt/MoS2-rGO as compared to Pt/C, demonstrating the improved durability for this hybrid support material.