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作品名称：基于BN的稳定、高效氧还原催化剂的设计与构筑
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：催化小队
队伍编号：207855
参赛学生：李炜烨董昱恺
指导老师：李巧灵
投票日期：2024年10月08日 00:00->2024年12月05日 15:00
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详细说明

由于质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有能量转换率高及环境友好等优点，对解决人类当前面临的环境污染及能源短缺等问题具有重大意义，引起了人们的广泛关注。然而，由于燃料电池阴极氧还原反应（ORR）动力学的缓慢，需要Pt作为反应的催化剂，但Pt在地壳中含量较少，其高昂的成本，严重阻碍了其商业化应用。因此，开发高催化活性、高稳定性及低成本的ORR催化剂，对于燃料电池的广泛应用具有极大的推动作用。

基于氮化硼（BN）优良的热力学与化学稳定性，抗氧化性和强吸附特性，本作品结合第一性原理计算与实验研究BN作为单原子催化剂（SACs）载体催化氧还原反应（ORR），实现金属催化剂的最大化利用率和高效稳定性。首先，采用第一性原理模拟BN担载Fe、Co、Ni、Cu、Zn等非贵金属单原子，研究载体锚定能力和耐蚀性。其次，利用活性BN强吸附特性改进金属原子的d带结构，提高原ORR催化活性。阐明“单原子金属/BN”催化机理并归纳高活性中心设计原则。最后，基于理论计算结果合成最佳“金属/活性BN”，实现低成本、高活性与优异稳定性催化剂的制备。本作品为指导设计合成新型氧还原催化材料提供理论基础，对清洁能源的有效利用和环境的改善有着十分重要的学术和现实意义。