【摘 要】
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面对目前日益严峻的环境保护问题,质子交换膜燃料电池（PEMFCs）因为具有清洁高效、功率匹配快、使用环境安静等优点在新能源汽车领域备受青睐。由于PEMFCs阴极使用高载量的铂（Pt）基催化剂,其成本一直居高不下,对于燃料电池汽车的商业化起到了负面的作用。开发替代的高活性、高稳定性非贵金属催化剂进行被认为是终极解决方案。本论文设计合成了基于MOFs材料的非铂（铁基和钴基）催化剂,通过各种先进的物理化
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面对目前日益严峻的环境保护问题,质子交换膜燃料电池（PEMFCs）因为具有清洁高效、功率匹配快、使用环境安静等优点在新能源汽车领域备受青睐。由于PEMFCs阴极使用高载量的铂（Pt）基催化剂,其成本一直居高不下,对于燃料电池汽车的商业化起到了负面的作用。开发替代的高活性、高稳定性非贵金属催化剂进行被认为是终极解决方案。本论文设计合成了基于MOFs材料的非铂（铁基和钴基）催化剂,通过各种先进的物理化学表征技术进一步分析催化剂的形貌和组分,对比了不同种元素催化剂对于性能的影响,揭示了催化剂的不同特征之间的内在联系,并对其膜电极性能进行了具体分析。对于催化剂的制备,涉及到的各种工艺均会对催化剂的性能有不同的影响。本论文设计了一种基于MOFs材料的简单合成催化剂的方法,通过对催化剂的溶质溶剂比、热处理温度、反应物含量等不同因素的对比分析得到了最佳反应条件和性能。得到的铁基催化剂半波电位性能达0.84V,10000圈CV稳定性测试后仅损耗30m V,活性和稳定性均可以和商业Pt/C媲美。膜电极性能是衡量燃料电池性能的关键指标。目前对于非铂催化剂的膜电极性能研究较少,本文通过对非铂催化剂膜电极的制备工艺的研究和性能优化,定量分析了影响膜电极制备工艺的因素和衰减性能,得到了在氢/空条件下单电池最高输出功率密度达到460m V/cm~2,且稳定性较好。通过该研究证明了基于MOFs的非铂催化剂在性能和稳定性上都有着很大的发展空间,这不仅可以降低燃料电池商业化使用的成本,对其产业化的加速也有着比较大的促进作用。
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