摘要
阴离子交换膜燃料电池（AnionExchangeMembraneFuelCells，AEMFCs）以氢气为燃料，实现氢能到电能的转换，有助于缓解甚至减少温室气体的排放。受益于AEMFCs内部的碱性运行环境，非铂族贵金属电催化剂可以应用于AEMFCs的阴阳极两侧。然而，阳极侧的碱性氢氧化反应（HydrogenOxidationReaction，HOR）动力学相对缓慢，成为了限制AEMFCs商业发展的因素之一。因此，开发高性能、低成本的非铂族贵金属电催化剂迫在眉睫。目前主要研究的非铂族贵金属碱性HOR电催化剂以Ni为基础，本论文围绕Ni研究制备了三种不同类型的碱性HOR电催化剂，主要内容如下： （1）以N，N-二甲基甲酰胺（Dimethylformamide，DMF）为溶剂，使用溶剂热方法制备了含Ni纳米晶体，随后在H2/Ar混合气氛中对纳米晶体进行热处理，制备出活性良好的单金属Ni电催化剂Ni-C-500。其面积比活性为0.047mAcmdisk-2，在目前先进的Ni基碱性HOR电催化剂中具有一定竞争力，并且在动态耐久性测试后面积比活性仅衰减24.7%。良好的性能来源于热处理产生的原位碳载体使电催化剂拥有高达12.2m2gNi-1的电化学活性表面积（ECSA）。此外，Ni-C-500作为AEMFC阳极侧电催化剂时，使单电池成功放电，具备了工程化潜力。 （2）在Ni-C-500的基础上，引入Fe3+对其前驱体进行修饰，随后进行相同条件的热处理，得到NiFe合金结构碱性HOR电催化剂。在相同测试条件下，Ni90Fe10-C-500的活性指标均超过Ni-C-500，其静态耐久性衰减度为26.0%，远低于Ni-C-500的47.6%。优异的性能来源于最优比例的Ni90Fe10合金结构产生的合金效应，改变了Ni的电子结构，调节了HBE和OHBE，进而加速了Volmer步骤，提升了碱性HOR活性。此外，Ni90Fe10-C-500作为AEMFC的阳极侧电催化剂时，其峰值功率密度为30.77mWcm-2，是Ni-C-500作为阳极电催化剂时的1.47倍。 （3）使用乙醇替代DMF实现了Ni-稀土氧化物异质结构电催化剂的绿色制备。其中，Ni7-(CeO2)3/C-500的面积比活性达到0.057mAcmdisk-2，高于相同条件下合成的Ni-C-EtOH-500电催化剂、以及前述章节的Ni-C-500和Ni90Fe10-C-500电催化剂。较高的活性来源于CeO2改变了电催化剂的电子结构，增强了OHBE，有助于吸附更多的OH物种，加速了Volmer步骤；同时，稀土元素的引入也调变了电催化剂的纳米尺寸，使电催化剂暴露了更多活性位点。
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