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項目名稱： 電能-化學(xué)能儲存與轉(zhuǎn)換材料的制備、微結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能研究
推薦單位： 中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會
項目簡介： 項目名稱："電能－化學(xué)能儲存與轉(zhuǎn)換材料的制備、微結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能研究"
項目所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域：材料科學(xué)、冶金和材料制備物理化學(xué)、電化學(xué)及能源技術(shù)領(lǐng)域
一、主要研究內(nèi)容：
實現(xiàn)能量的可儲存和可轉(zhuǎn)換是持續(xù)發(fā)展的基本要求。本項目針對化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)換中電極間的相互作用、能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)任锢砼c化學(xué)過程，運用現(xiàn)代物理、化學(xué)研究技術(shù)，從微觀層次揭示電極表面/界面結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，在分子水平上闡明重要典型反應(yīng)的機理及其控制機制，進一步完善和發(fā)展有關(guān)基礎(chǔ)理論。對能源轉(zhuǎn)換過程不僅知其然，還要究其所以然，注重原創(chuàng)性工作，為綠色電源研究和產(chǎn)業(yè)化提供理論基礎(chǔ)。相關(guān)工作已通過科技部組織的項目驗收，驗收專家認為材料性能達到同期國際先進水平。主要研究內(nèi)容包括：
電能－化學(xué)能儲存與轉(zhuǎn)換過程物理化學(xué)及相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究；
電化學(xué)催化劑材料的制備機理、微結(jié)構(gòu)、界面性能和能量轉(zhuǎn)換過程物理化學(xué)；
離子導(dǎo)電電解質(zhì)材料的改性和性能評價；
電極/電解質(zhì)膜一體化制備、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用。
二、科學(xué)價值：
針對上述基礎(chǔ)科學(xué)問題，發(fā)展燃料電池等高新化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)換技術(shù)，探索研究化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)換新材料的制備過程物理化學(xué)機理、微結(jié)構(gòu)及電極界面電化學(xué)反應(yīng)過程，不僅具有重要的理論價值，而且為進一步發(fā)展新能源儲存與轉(zhuǎn)換的實用化高技術(shù)提供決定性理論基礎(chǔ)。
三、論文發(fā)表和同行引用：
科技文獻檢索結(jié)果顯示：本課題在國內(nèi)外發(fā)表的相關(guān)學(xué)術(shù)論文被"SCI"收錄113篇，"SCI"引用405次（其中他引295次）。 引用刊物主要是本領(lǐng)域材料類（如"Advanced Materials"， "J. material chemistry"等）、化學(xué)類(如Chemical Reviews", "Chemical Communications"、"J. Physical Chemistry B"、"Langmuir"等)和電化學(xué)能源類（如"J. Electrochemistry Society", "Electrochemical Communication", “J. Power Soueces"）。
主要發(fā)現(xiàn)點： 1）系統(tǒng)研究了甲醇到甲酸這一甲醇電催化氧化機理；采用多波脈沖技術(shù)成功地得到了從中間毒化物一氧化碳氧化為二氧化碳的電極過程動力學(xué)參數(shù)；多波脈沖為研究多步驟多電子轉(zhuǎn)移過程提供一個很好的基礎(chǔ)理論研究方法。 (材料表面與界面理論, 論文序號1);
2） 噴霧熱解法具有操作簡單、所制備的催化劑在活性炭載體上分散均勻、粒徑均一、高催化活性和可控的粒徑尺寸、很好的化學(xué)組份均勻性以及可連續(xù)操作等優(yōu)點。用噴霧熱解法制備尺寸可控的直接甲醇燃料電池陽極PtRu/C催化劑的研究尚未見報道。 (材料化學(xué), 材料表面與界面理論, 論文序號2);
3) 采用RuO2包覆碳納米管作為直接醇燃料電池催化劑載體，制備的催化劑表現(xiàn)出優(yōu)勢的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，利用碳納米管可以有效地改善電極的結(jié)構(gòu)，提高電極中的傳質(zhì)速度，進而提高電池的輸出功率。另外，RuO2包覆層，可以有助于提高反應(yīng)過程中質(zhì)子的傳遞速度，同時Ru的存在還有助于CO的電化學(xué)氧化.(材料化學(xué), 冶金反應(yīng)工程學(xué), 論文序號3);
4）利用稀土元素改進了催化劑性能，用稀土元素代替或減少催化劑中某些稀少的元素如鉑。采用浸漬還原法合成了PtRu-NdOx/C催化劑；離子表面活性劑可以促進納米結(jié)構(gòu)的甲醇電氧化陽極催化劑的合成；所制備的催化劑對甲醇氧化具有良好的電催化性能。(冶金反應(yīng)工程學(xué),材料化學(xué), 論文序號4和5);
5) 電流擾動法是一個直觀、快捷而且可靠的測定穩(wěn)態(tài)甲醇電氧化過程中電流分數(shù)的方法。這個新穎的方法為甲醇電氧化催化劑的選擇以及甲醇電氧化等具有氣體析出的電化學(xué)反應(yīng)過程研究提供了一個有效工具。 (材料表面與界面理論, 論文序號6);
6）提出采用乙醇溶液法合成制備納米鋰離子電池陰極材料。所合成的電極材料顆粒在100nm，并具有較窄的分布。該方法合成的材料顯示出了高的充放電倍率特性，在50C倍率下，容量可達到100mAh/g, 在10C倍率下，容量可達到130mAh/g；(材料化學(xué), 冶金反應(yīng)工程學(xué), 論文序號7);
7） 過渡金屬在非水離子液體中的電化學(xué)還原主要受離子絡(luò)合形態(tài)的影響；多價態(tài)過渡族金屬鈮在熔鹽中的電化學(xué)還原經(jīng)歷一個電化學(xué)－化學(xué)－電化學(xué)反應(yīng)途徑，電化學(xué)還原受絡(luò)合離子分解的影響。(冶金反應(yīng)工程學(xué), 材料表面與界面理論, 論文序號8）；
8）以PVDF為基體，摻入孔道中吸附有無機液體酸（硫酸、磷酸等）或者離子液體的無機多孔材料（分子篩和介孔材料），得到的復(fù)合膜具有較高且穩(wěn)定的質(zhì)子電導(dǎo)率。(材料表面與界面理論, 論文序號9和10）；
主要完成人： 1. 王新東
稀土元素代替或部分替代催化劑中某些稀貴元素如鉑的研究及應(yīng)用(主要發(fā)現(xiàn)點4)；
甲醇電氧化催化劑的選擇以及甲醇電氧化等具有氣體析出的電化學(xué)反應(yīng)過程研究(主要發(fā)現(xiàn)點5)；
過渡金屬在非水離子液體中的電化學(xué)行為研究及其在氧化還原電池中的應(yīng)用研究(主要發(fā)現(xiàn)點7)；
本人在該項研究中的工作量占本人工作量的70%.
2. 邱新平
RuO2包覆碳納米管直接醇燃料電池催化劑的制備、微結(jié)構(gòu)及性能研究(主要發(fā)現(xiàn)點3)；
乙醇溶液法合成制備納米鋰離子電池陰極材料及高倍率性能研究(主要發(fā)現(xiàn)點6)；
無機-聚合物復(fù)合導(dǎo)電膜制備、性能及應(yīng)用研究(主要發(fā)現(xiàn)點8)；
本人在該項研究中的工作量占本人工作量的70%.
3. 邢巍
多波脈沖技術(shù)研究甲醇到甲酸這一甲醇電催化氧化機理(主要發(fā)現(xiàn)點1)；
噴霧熱解等方法制備和研究直接甲醇燃料電池陽極PtRu/C催化劑(主要發(fā)現(xiàn)點2)；
納米結(jié)構(gòu)的甲醇電氧化陽極催化劑的合成及性能研究(主要發(fā)現(xiàn)點4)；
本人在該項研究中的工作量占本人工作量的70%.
10篇代表性論文： 1. 論文01-Supplement to the Theory of Normal Pulse Voltammetry and Its Application to the Kinetic
2. 論文02-Simple and controllable synthesis of highly dispersed Pt–Ru/C catalysts
3. 論文03-Synthesis of hydrous ruthenium oxide supported platinum
4. 論文04-The Effect of NdOx as Co-catalyst for the Elect ro-oxidat ion
5. 論文05-Nanostructured PtRu/C as Anode Catalysts Prepared in a Pseudomicroemulsion with Ionic
6. 論文06-The measurement of current disturbance and the determination
7. 論文07-Synthesis and high rate properties of nanoparticled lithium
8. 論文08-Electrochemical reaction processes of niobium ions in FLINAK melt
9. 論文09-The Microstructure and Character of the PVDF-g-PSSA
10. 論文10-Influences of Permeation of Vanadium Ions through PVDF-g-PSSA Membranes
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