氧还原和析氧反应的低铂非铂电催化剂的制备及机理研究的任务书.docx

氧还原和析氧反应的低铂非铂电催化剂的制备及机理研究的任务书
任务书
题目：氧还原和析氧反应的低铂非铂电催化剂的制备及机理研究
一、研究背景和意义
氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是燃料池电池（fuelcell）和水电解器等能源转化装置的关键反应，因为它们直接参与到电池的电化学反应。传统上，铂金属（Pt）被广泛应用作为嘧啶啉（pyridine）上的电催化活性中心，但是由于铂金属的稀有和高成本，使得寻找代替性催化剂成为了一个极其紧迫的任务。
近年来，非铂金属（non-Pt）电催化剂的研究引起了广泛的关注。因此，研究和开发低成本和高效率的非铂金属电催化剂代替铂金属成为了电化学领域的热点之一。
二、研究内容
本研究的主要内容是制备低铂非铂电催化剂，并进行机理研究，针对氧还原和析氧反应两个方面。
1.制备低铂非铂电催化剂。
本研究将同时研究氧还原和析氧反应的低铂非铂电催化剂的合成。可以采用沉积-还原法，将金属离子还原为金属颗粒或将碳载体和过渡金属离子一起还原制备非铂金属/碳（non-Pt/C）催化剂。结合先前相关研究，通过试验，设置和调整不同的实验条件，例如催化剂的成分，反应物的浓度等，找到最佳的制备方案，研究探索低成本和高效率的低铂非铂电催化剂的制备方法。
2.研究机理，并评估电催化活性。
根据先前相关研究，可进行“活性位密度”（activesitedensity）的评估计算，找到催化剂表面上的活性位点。通过计算活性位密度，可以进一步研究活性位点之间的相互作用，并优化催化剂的制备方式和工艺流程，以提高其催化活性。同时，通过电化学测试、催化活性等方面的评估，分析制备的非铂金属/碳（non-Pt/C）催化剂对氧还原和析氧反应的催化性能，进一步研究其机理和催化效果。
三、研究目标和预期成果
本研究的目标是制备出低成本和高效率的低铂非铂电催化剂，解决传统铂金属电催化剂成本高的问题，同时探索其对氧还原和析氧反应的催化性能和机理。预期成果包括：
1.制备成功低铂非铂电催化剂。
2.研究和评估制备出的低铂非铂电催化剂对氧还原和析氧反应的催化效果和机理。
3.提出改进低铂非铂电催化剂制备工艺的建议，并为进一步开发高效低成本电催化剂提供参考。
四、研究方法和技术路线
1.制备低铂非铂电催化剂
通过采用沉积-还原法和还原碳载体中的金属离子来制备低铂非铂金属电催化剂。
2.测试催化性能
采用电化学测试技术评估催化剂的电活性，包括循环伏安曲线、恒电流密度、扫描速度等，研究其对ORR和OER的催化活性。
3.研究机理
通过计算活性位密度，研究非铂催化剂表面上的活性位点，以及机理和催化效果等方面的评估。
五、参考文献
1.Li,J.,etal.,Reviewofnon-preciousmetalcatalystsforoxygenreductionreactioninacidmedium.Journalofpowersources,243:p.553-566,2013.
2.Wu,Y.,etal.,Anewnon-preciousmetalcatalystforoxygenreductionreaction:Nitridedcarbon.Journalofpowersources,196(21):p.8798-8804,2011.
3.Ramani,V.,S.Gottesfeld,andA.Kosek,Fuelcellpropulsionsystems.JournalofPowerSources,64(1-2):p.90-103,1997.
4.Guo,S.,etal.,Ironphthalocyanineasamolecularlydefinednon-preciousmetalcatalystforelectrochemicaloxygenreduction.JournaloftheAmericanChemicalSociety,132(51):p.18258-18263,2010.