01
课程导论：燃料电池的困境与铂催化剂的角色
能源转型下的核心挑战，铂的地位与局限
导论背景
02
铂基催化剂基础：铂的电子结构与催化活性起源
d带中心理论，电子结构决定催化性能
基础电子结构
03
铂基催化剂基础：氧还原反应（ORR）机理与铂的催化机制
四电子路径，速率决定步骤与铂表面过程
ORR机理
04
铂基催化剂基础：铂基催化剂的制备方法（浸渍法、胶体法、电沉积法）
经典合成路线，形貌与尺寸控制
制备方法
05
低铂化策略：核壳结构催化剂的设计原理与合成
Pt@M核壳，降低铂用量同时提升活性
核壳低铂
06
低铂化策略：Pt-M合金催化剂（M=Fe, Co, Ni, Cu）的活性与稳定性
合金效应，晶格应变与电子修饰
合金Pt-M
07
低铂化策略：Pt-skin与Pt-skeleton结构的表面工程
表面富铂层，优化反应中间体吸附
表面工程skin
08
低铂化策略：纳米框架与多孔结构催化剂
开放结构，高原子利用率与传质
纳米框架多孔
09
低铂化策略：单原子铂催化剂（Pt SACs）的机遇与挑战
最大原子效率，配位环境调控
单原子SACs
10
载体材料：碳基载体（炭黑、碳纳米管、石墨烯）对铂分散度的影响
导电性、比表面与金属-载体相互作用
碳载体分散
11
载体材料：非碳载体（氧化物、碳化物、氮化物）的耐腐蚀性
高稳定性，抗电化学腐蚀
非碳耐腐蚀
12
载体材料：金属-载体强相互作用（SMSI）与协同催化
界面电子转移，增强活性与稳定性
SMSI协同
13
非铂替代材料：非贵金属催化剂（Fe-N-C、Co-N-C）的ORR活性
M-N-C活性位，碱性条件下潜力
非贵金属Fe-N-C
14
非铂替代材料：过渡金属硫族化合物（MoS2, WS2）的催化性能
二维材料，边缘活性位
硫族MoS2
15
非铂替代材料：过渡金属碳化物与氮化物（MXenes）的应用
类铂电子结构，高导电性
MXenes碳化物
16
非铂替代材料：导电聚合物基催化剂（PANI, PPy）
有机-无机杂化，柔性电子
导电聚合物PANI
17
非铂替代材料：钙钛矿型氧化物催化剂的调控
ABO3结构，氧空位与活性
钙钛矿氧化物
18
非铂替代材料：金属有机框架（MOFs）衍生的催化剂
多孔碳包覆金属，可调组成
MOFs衍生
19
催化剂表征技术：X射线衍射（XRD）与结构分析
物相鉴定，晶粒尺寸与晶格参数
XRD结构
20
催化剂表征技术：透射电子显微镜（TEM/STEM）与形貌观察
原子尺度成像，元素分布
TEMSTEM
21
催化剂表征技术：X射线光电子能谱（XPS）与价态分析
表面化学态，电子结构
XPS价态
22
催化剂表征技术：电化学测试方法（CV, LSV, EIS）与活性评价
电化学活性面积，极化曲线
CVLSVEIS
23
催化剂表征技术：旋转圆盘电极（RDE）与旋转环盘电极（RRDE）测试
动力学电流，电子转移数
RDERRDE
24
催化剂稳定性：加速老化测试（ADT）与衰减机理
电压循环，性能衰减评估
ADT稳定性
25
催化剂稳定性：铂溶解、团聚与Ostwald熟化机制
纳米颗粒退化，电化学熟化
溶解Ostwald
26
催化剂稳定性：碳载体腐蚀与催化剂层结构演变
碳氧化，催化剂层坍塌
碳腐蚀演变
27
膜电极组件（MEA）中的催化剂应用：催化剂浆料制备与涂布工艺
浆料分散，涂布均匀性
MEA浆料
28
膜电极组件（MEA）中的催化剂应用：催化层结构优化与传质
离聚物分布，孔隙与传质
催化层传质
29
成本分析与规模化：低铂催化剂的成本模型与规模化制备
经济性评估，放大生产
成本规模化
30
未来展望：下一代催化剂设计理念与AI辅助筛选
高通量计算，机器学习加速
AI展望