直接甲醇燃料电池低铂纳米结构膜电极研究的任务书.docx

直接甲醇燃料电池低铂纳米结构膜电极研究的任务书
任务书
一、项目背景
能源是现代社会可持续发展的基础，然而传统能源型号已经逐渐向人们展现出其不可持续性和先天的、持续性差、高污染等诸多问题。随着人们关注能源的日益深入，新型能源体系不断涌现。其中，燃料电池作为一种新型的绿色能源，在能源领域中逐渐成为了研究的热点之一。
然而，燃料电池中的铂金属是制约燃料电池工业化的瓶颈之一。目前，提高燃料电池产业化的一个关键点是燃料电池的降成本。传统的贵金属掺杂碳催化剂在铂金属掺杂量较低时电化学性能优秀，其唯一的缺点是成本较高，因此，计划开展低铂、乃至无铂的新型燃料电池催化剂的研究，以替代高成本的铂金属。
针对此问题，本项目计划研究直接甲醇燃料电池低铂纳米结构膜电极，夯实低铂电催化剂相关基础理论研究，实现低成本、高效的燃料电池相关催化剂的研究。这将有望为实现燃料电池工业化做出实质性贡献。
二、研究内容
1.膜电极制备
本项目中将采用两阶段法合成低铂纳米颗粒。在此基础上，采用电沉积法制备低铂纳米颗粒/石墨烯复合膜电极，探究复合膜电极的制备工艺和性能对低铂电催化剂催化性能的影响。此外，考虑到活性材料的分散性和稳定性问题，将尝试采用超声辅助制备膜电极，并对其性能进行比对。
2.催化性能研究
本项目将通过电化学测试，比对低铂纳米颗粒/石墨烯复合膜电极、低铂纳米颗粒膜电极等复合膜的电催化性能。同时，考虑到直接甲醇燃料电池（DMFC）中甲醇耦合作用的问题，还将比对催化剂的耐久性能和抗中毒能力等。
3.研究成果的系统化分析
本项目将结合众多分析方法，比如扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱等，对复合膜电极中的低铂催化剂进行表征分析。在此基础上，结合电化学性能和理论计算，系统化分析低铂纳米颗粒/石墨烯复合膜电极等的导电性能与催化性能的内在机理，找出实现低成本、高效燃料电池催化剂的关键因素。
三、研究期限
本项目计划在24个月内完成；按7月起算，预计于2022年6月完成。
四、研究条件
1.实验设备
本项目的实验将主要在实验室内完成，整个实验室将始终保持一个安全、整洁、有序的状态。实验设备包括：扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱、电化学工作站、分子渗透仪等。
2.研究经费
本项目的研究经费预计为120万元，包括实验室运行维护、资源采购、人员薪酬等。
3.研究人员
本项目需要一位博士后作为主要研究人员，并配备若干名博士研究生和硕士研究生提供技术支持。博士后将负责方案制定、实验操作、数据分析、成果论文撰写等事宜。
五、研究目标
本项目旨在通过研究低铂纳米颗粒/石墨烯复合膜电极的制备、催化性能，从而揭示低铂电催化剂的催化机理，为实现燃料电池工业化做出新的贡献。项目研究成果将具有重要的理论和实践意义。
具体目标如下：
1.实现低铂纳米颗粒/石墨烯复合膜电极的制备，并找出制备最优工艺。
2.比对电化学性能，证明低铂纳米颗粒/石墨烯复合膜电极的催化性能优于低铂电催化剂膜电极。
3.揭示低铂电催化剂的催化机理，并标明实现低成本、高效燃料电池催化剂的关键因素。
以上目标将在本项目结论中详细体现，并在外部期刊等有关媒体上进行公开发表。