燃料电池相对于传统能源是一种极具吸引力的替代选择。设置合适的参数条件,将燃料和氧化剂连续的通入装置内部,在催化剂的作用下,通过氧化还原反应将化学能高效的转化成电能。而质子交换膜燃料电池作为燃料电池的一个重要分支具有极大的应用和商业化空间,其具有能量效率高、良性排放等诸多优点。但是目前仍然存在一些障碍阻碍了质子交换膜燃料电池系统的实际应用与商业化进程。核磁共振是一种非破坏性非入侵性的可视化技术,在早期被应用于医学,如今该技术在材料科学中也得到了大范围的应用。它特别适合观察燃料电池膜中水的运输性质,主要原因在于核磁共振成像可以观察在原位状态下燃料电池内部水分布。本文所设计的一种适用于核磁共振成像仪的燃料电池实时检测系统能够实现对燃料电池各项参数的稳定调控和对工作状态下燃料电池的原位检测和数据采集。此系统包括燃料供应装置、燃料电池、气体管路、温度检测调节装置、散热装置及数据采集处理装置。利用核磁共振成像仪的燃料电池实时检测系统可以协助研究人员更加透彻地理解质子交换膜燃料电池的内部情况。目前对于质子交换膜燃料电池氧化还原催化活性最高的是Pt基催化剂,而Fe/N/C材料是一种极具前景的非贵金属氧还原剂。这类催化剂的重要特性在于氮原子的引入打破了碳材料的电中性,导致碳材料表现出电正性,从而有利于氧气的吸附和还原。碳材料表面的官能团氮与金属铁离子结合形成有效的活性位点还可以提高催化剂的氧还原活性和稳定性能。除此之外,氟化的多孔碳质将会增加疏水性,表面氟化提升了质子交换膜燃料电池的稳定性和持久性。Fe/N/C-F性能的提升主要是因为表面氟化不仅抑制了碳的腐蚀还在质子交换膜内部构建了气体和液体的微孔传输通道,提高了质子交换膜的抗“水淹”性和疏水性。因此进一步探究金属铁和氮在催化剂氧化还原活性位中的特性对于开发高活性和高稳定性的非贵金属碳材料催化剂至关重要。