燃料电池阴极氧还原电极材料研究进展.pdf

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1、第45卷第5期化工技术与开发Vol.45No.52016年5月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryMay.2016燃料电池阴极氧还原电极材料研究进展蔺　洁（温州大学化学与材料工程学院，浙江温州325000）摘　要：目前燃料电池阴极氧还原电极材料主要以铂基贵金属电催化剂为主，然而铂的储量极其有限，成本昂贵，并且铂基电催化剂的稳定性较差，这些因素严重制约了其在商业中的广泛应用，因此研究制备成本低、具有高稳定性的非贵金属碳基催化剂是燃料电池电催化剂的研究重点。本文简单概述了燃料电池阴极氧还原电极材料的研究进展

2、。关键词：燃料电池；氧还原；电极材料中图分类号：TM911文献标识码：A文章编号：1671-9905(2016)05-0040-04发展清洁、安全、充足的绿色能源是未来能源的有Pt基催化剂、非金属掺杂碳基催化剂和非贵金属发展方向。随着全球经济的高速发展，传统的不可掺杂碳基催化剂。再生能源，如石油、煤、天然气等储量有限，终有一天1.1Pt基催化剂会消耗殆尽，且它们的利用率很低，会造成严重的环目前，应用最多的阴极ORR催化剂主要是Pt境污染，对人类的生存造成严重威胁，不符合现代社[2-4]基催化剂，Pt基催化剂的催化活性高，是最早用会所提倡的可持续发

3、展战略。因此，寻求高效、充足、于燃料电池阴极氧还原的催化剂。被广泛应用的可再生的环境友好型新能源迫在眉睫。Pt基催化剂主要是Pt/C和Pt-M/C合金催化剂两燃料电池是一种能够通过氧化还原反应将氧化种。Pt/C催化剂目前的应用比较广泛，但由于其价剂和燃料中的化学能直接转化为电能的能量转换装格昂贵，资源有限，并且非常容易CO中毒而失去活置。与传统的电池相比，燃料电池不受“卡诺循环”性，限制了其在商业燃料电池中的广泛应用。Pt-M/[1]的限制，能量转换率比较高，能够达到60%~80%，C合金催化剂（M=Fe，Zn，Co等）是在Pt/C的基础其实际利

4、用率是普通内燃机的2~3倍，是一种环境上掺杂一些过渡金属，形成二元或多元合金，从而获友好的能量转换装置，因其原料来源广泛、安全可[5]得更高效催化活性的氧还原催化剂。Mukerjee等靠、噪声低等优点，近年来备受国内外研究者的亲通过研究发现，Pt/Cr、Pt/Co和Pt/Ni都有比Pt/C更睐。[6]好的氧还原催化活性。Myong-ki等研究表明，在电极材料是决定燃料电池氧还原性能好坏的关比表面积相同时，Pt合金催化剂比纯的Pt催化剂拥键因素之一。目前燃料电池阴极氧还原电极材料主有更高的催化活性，这是由于Pt合金催化剂中相邻要以铂基贵金属电催化剂

5、为主，然而铂的储量极其的Pt-Pt之间的距离减小，使得其氧吸附能力增强。有限，成本昂贵，并且铂基电催化剂的稳定性较差，Pt基催化剂虽然有着优异的催化性能，但是它对燃这些因素严重制约了其在商业中的广泛应用，因此料中的杂质敏感，易被氨气、一氧化碳和硫化氢等毒研究制备成本低、具有高稳定性的非贵金属碳基催化，且抗透过性能差，比如甲醇的透过会明显降低其化剂是燃料电池电催化剂的研究重点。阴极氧还原催化活性，然而最重要的是，它的成本太1　燃料电池阴极氧还原电极材料研究高，从而限制了其在商业中的广泛应用。进展1.2　非金属掺杂碳基催化剂目前应用于燃料电池阴极氧还

6、原的催化剂主要从理论上来说，不含金属的催化剂应该更能够收稿日期：2016-03-17第5期蔺洁：燃料电池阴极氧还原电极材料研究进展41增强其耐酸碱的腐蚀性，且其成本低廉，不会由于烯得到的。该催化剂表现出优越的氧还原催化活性[27]燃料中的CH3OH或CO而中毒。理论计算和实验和稳定性。戴立明等通过化学气相沉积法，以吡结果均表明，一些无金属掺杂碳基催化剂由于其特啶、三苯基磷为前驱体，二茂铁为催化剂，制备P/N殊的电子特性和二维纳米结构而具有良好的催化活双掺杂的垂直排列碳纳米管（PN-ACNT），这些P/N[7-9]性。近年来研究比较多的杂原子掺杂碳

7、材料主要双掺杂的碳纳米管表现出极佳的氧还原催化活性以有氮掺杂、硫掺杂、磷掺杂以及硼掺杂等电催化剂材及很好的抗甲醇和一氧化碳中毒能力，由于其协同[10-11]料。通常用到的碳材料有石墨烯、VulcanXC-效应表现出完全的四电子转移过程。[12][13][14][15][16]72、碳球、碳纤维、炭气凝胶、富勒烯和1.3　非贵金属掺杂碳基催化剂[17]碳纳米笼状颗粒，这些碳材料可以作为氮掺杂的近年来，非贵金属掺杂氧还原催化剂的发展已载体，来制备氧还原电催化剂。目前，制备这类催经广泛推动了多种能量转换装置的商业化。其中，[18]化剂的方法主要有高温裂

8、解法、化学气相沉积最有发展前途的非贵金属掺杂氧还原催化剂是过渡[19-20]（CVD）法等。碳材料中的氮主要有4种存在金属氮掺杂碳材料(