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项目名称： 电能-化学能储存与转换材料的制备、微结构及电化学性能研究
推荐单位： 中国钢铁工业协会
项目简介： 项目名称："电能－化学能储存与转换材料的制备、微结构及电化学性能研究"
项目所属科学技术领域：材料科学、冶金和材料制备物理化学、电化学及能源技术领域
一、主要研究内容：
实现能量的可储存和可转换是持续发展的基本要求。本项目针对化学能与电能转换中电极间的相互作用、能量和物质转换、传输等物理与化学过程，运用现代物理、化学研究技术，从微观层次揭示电极表面/界面结构与性能的内在联系和规律，在分子水平上阐明重要典型反应的机理及其控制机制，进一步完善和发展有关基础理论。对能源转换过程不仅知其然，还要究其所以然，注重原创性工作，为绿色电源研究和产业化提供理论基础。相关工作已通过科技部组织的项目验收，验收专家认为材料性能达到同期国际先进水平。主要研究内容包括：
电能－化学能储存与转换过程物理化学及相关的基础理论研究；
电化学催化剂材料的制备机理、微结构、界面性能和能量转换过程物理化学；
离子导电电解质材料的改性和性能评价；
电极/电解质膜一体化制备、结构优化和应用。
二、科学价值：
针对上述基础科学问题，发展燃料电池等高新化学能与电能转换技术，探索研究化学能与电能转换新材料的制备过程物理化学机理、微结构及电极界面电化学反应过程，不仅具有重要的理论价值，而且为进一步发展新能源储存与转换的实用化高技术提供决定性理论基础。
三、论文发表和同行引用：
科技文献检索结果显示：本课题在国内外发表的相关学术论文被"SCI"收录113篇，"SCI"引用405次（其中他引295次）。 引用刊物主要是本领域材料类（如"Advanced Materials"， "J. material chemistry"等）、化学类(如Chemical Reviews", "Chemical Communications"、"J. Physical Chemistry B"、"Langmuir"等)和电化学能源类（如"J. Electrochemistry Society", "Electrochemical Communication", “J. Power Soueces"）。
主要发现点： 1）系统研究了甲醇到甲酸这一甲醇电催化氧化机理；采用多波脉冲技术成功地得到了从中间毒化物一氧化碳氧化为二氧化碳的电极过程动力学参数；多波脉冲为研究多步骤多电子转移过程提供一个很好的基础理论研究方法。 (材料表面与界面理论, 论文序号1);
2） 喷雾热解法具有操作简单、所制备的催化剂在活性炭载体上分散均匀、粒径均一、高催化活性和可控的粒径尺寸、很好的化学组份均匀性以及可连续操作等优点。用喷雾热解法制备尺寸可控的直接甲醇燃料电池阳极PtRu/C催化剂的研究尚未见报道。 (材料化学, 材料表面与界面理论, 论文序号2);
3) 采用RuO2包覆碳纳米管作为直接醇燃料电池催化剂载体，制备的催化剂表现出优势的电化学性能。研究发现，利用碳纳米管可以有效地改善电极的结构，提高电极中的传质速度，进而提高电池的输出功率。另外，RuO2包覆层，可以有助于提高反应过程中质子的传递速度，同时Ru的存在还有助于CO的电化学氧化.(材料化学, 冶金反应工程学, 论文序号3);
4）利用稀土元素改进了催化剂性能，用稀土元素代替或减少催化剂中某些稀少的元素如铂。采用浸渍还原法合成了PtRu-NdOx/C催化剂；离子表面活性剂可以促进纳米结构的甲醇电氧化阳极催化剂的合成；所制备的催化剂对甲醇氧化具有良好的电催化性能。(冶金反应工程学,材料化学, 论文序号4和5);
5) 电流扰动法是一个直观、快捷而且可靠的测定稳态甲醇电氧化过程中电流分数的方法。这个新颖的方法为甲醇电氧化催化剂的选择以及甲醇电氧化等具有气体析出的电化学反应过程研究提供了一个有效工具。 (材料表面与界面理论, 论文序号6);
6）提出采用乙醇溶液法合成制备纳米锂离子电池阴极材料。所合成的电极材料颗粒在100nm，并具有较窄的分布。该方法合成的材料显示出了高的充放电倍率特性，在50C倍率下，容量可达到100mAh/g, 在10C倍率下，容量可达到130mAh/g；(材料化学, 冶金反应工程学, 论文序号7);
7） 过渡金属在非水离子液体中的电化学还原主要受离子络合形态的影响；多价态过渡族金属铌在熔盐中的电化学还原经历一个电化学－化学－电化学反应途径，电化学还原受络合离子分解的影响。(冶金反应工程学, 材料表面与界面理论, 论文序号8）；
8）以PVDF为基体，掺入孔道中吸附有无机液体酸（硫酸、磷酸等）或者离子液体的无机多孔材料（分子筛和介孔材料），得到的复合膜具有较高且稳定的质子电导率。(材料表面与界面理论, 论文序号9和10）；
主要完成人： 1. 王新东
稀土元素代替或部分替代催化剂中某些稀贵元素如铂的研究及应用(主要发现点4)；
甲醇电氧化催化剂的选择以及甲醇电氧化等具有气体析出的电化学反应过程研究(主要发现点5)；
过渡金属在非水离子液体中的电化学行为研究及其在氧化还原电池中的应用研究(主要发现点7)；
本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%.
2. 邱新平
RuO2包覆碳纳米管直接醇燃料电池催化剂的制备、微结构及性能研究(主要发现点3)；
乙醇溶液法合成制备纳米锂离子电池阴极材料及高倍率性能研究(主要发现点6)；
无机-聚合物复合导电膜制备、性能及应用研究(主要发现点8)；
本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%.
3. 邢巍
多波脉冲技术研究甲醇到甲酸这一甲醇电催化氧化机理(主要发现点1)；
喷雾热解等方法制备和研究直接甲醇燃料电池阳极PtRu/C催化剂(主要发现点2)；
纳米结构的甲醇电氧化阳极催化剂的合成及性能研究(主要发现点4)；
本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%.
10篇代表性论文： 1. 论文01-Supplement to the Theory of Normal Pulse Voltammetry and Its Application to the Kinetic
2. 论文02-Simple and controllable synthesis of highly dispersed Pt–Ru/C catalysts
3. 论文03-Synthesis of hydrous ruthenium oxide supported platinum
4. 论文04-The Effect of NdOx as Co-catalyst for the Elect ro-oxidat ion
5. 论文05-Nanostructured PtRu/C as Anode Catalysts Prepared in a Pseudomicroemulsion with Ionic
6. 论文06-The measurement of current disturbance and the determination
7. 论文07-Synthesis and high rate properties of nanoparticled lithium
8. 论文08-Electrochemical reaction processes of niobium ions in FLINAK melt
9. 论文09-The Microstructure and Character of the PVDF-g-PSSA
10. 论文10-Influences of Permeation of Vanadium Ions through PVDF-g-PSSA Membranes
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