PEMFC非金属催化剂的研究进展

合集下载

氢燃料电池的研究进展

氢燃料电池的研究进展氢燃料电池是一种以氢气和氧气为燃料的电化学装置，通过氢氧气的化学反应产生电能，是一种非常环保和高效率的能源转换技术。

随着全球对清洁能源的需求日益增加，氢燃料电池作为一种可持续的能源解决方案受到了广泛的关注和研究。

在过去几十年中，氢燃料电池研究取得了显著的进展，下面将简要介绍一些重要的进展。

首先，氢燃料电池的效能得到了不断提高。

目前主要有三种类型的氢燃料电池，包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和碱性燃料电池（AFC）。

通过改进材料的性能、优化电池结构和提高催化剂的活性，研究人员取得了显著的效能提高。

例如，对于PEMFC，利用新型催化剂和离子交换膜可以大幅提高电池效能，将其推向实际应用的水平。

另外，SOFC的效能也得到了大幅提升，使得其可以在大规模电力生产领域应用。

其次，研究人员还在氢燃料电池的稳定性和寿命方面取得了重要进展。

在使用氧化还原反应产生水的同时，氢燃料电池中的催化剂也会逐渐失去活性，导致电池效能下降。

为了解决这个问题，研究人员不断改进催化剂的稳定性，提高电极材料的耐用性，并且设计新的寿命测试方法以评估电池的长期稳定性。

这些进展使得氢燃料电池的稳定性得到了显著提高，可以满足长时间运行的要求。

此外，氢燃料电池的制造工艺也得到了改进，使得成本得到了降低。

随着燃料电池市场规模的不断扩大，制造商开始采用大规模生产的方法，从而降低了部分组件的成本。

另外，利用新材料和新工艺的开发，能够更好地利用资源，减少材料的使用和废弃物的产生。

这些改进使得氢燃料电池的制造成本有所下降，有利于其商业化和大规模应用。

最后，氢燃料电池的应用领域也在不断扩展。

目前，氢燃料电池主要应用于交通运输领域，包括汽车、卡车和公共交通工具。

由于氢燃料电池的高效能和零排放特性，它们成为替代传统燃油动力的理想解决方案。

此外，氢燃料电池也逐渐应用于移动电源、能源存储和微型电网等领域。

随着相关技术的不断推进和成本的进一步降低，氢燃料电池在更广泛的领域中得到了应用。

与质子交换膜燃料电池有关的国家重点研发计划

与质子交换膜燃料电池有关的国家重点研发计划1. 引言1.1 概述质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）作为一种新型的绿色能源技术，受到了广泛关注和研究。

它具有高效转化化学能为电能的特点，并且不产生污染物。

近年来，随着全球对清洁能源需求的增加，PEMFC作为一种可持续发展的解决方案，正在成为能源领域的焦点之一。

1.2 文章结构本文将首先介绍质子交换膜燃料电池的原理和工作原理，包括其核心组件和作用机制。

接着，我们将探讨其在不同领域中的应用以及相比于传统能源技术的优势。

然后，我们将回顾国内外质子交换膜燃料电池技术发展的现状，并分析目前该技术面临的挑战与机遇。

接下来将重点关注国家重点研发计划在促进质子交换膜燃料电池技术发展中所起到的背景与意义，并阐述政策支持和投资情况。

此外，我们还将讨论国家重点研发计划的目标与作用。

然后，我们将详细介绍该计划的进展和成果，包括项目概述和实施情况、技术突破和创新成果以及产业化进展和市场应用情况。

最后，本文将总结国家重点研发计划对质子交换膜燃料电池技术发展所带来的价值与贡献，并展望其未来发展前景。

同时提出未来工作的建议和方向。

1.3 目的本文旨在系统地介绍与质子交换膜燃料电池有关的国家重点研发计划，在相关领域中取得的进展与成果，以及对于推动该技术实现产业化应用所起到的作用。

通过这篇文章，读者可以全面了解质子交换膜燃料电池技术在能源转型中的地位、国内外发展状况、以及我国政府对该技术进行支持与投资情况等内容，为进一步推动相关领域的研究和产业化应用提供参考和指导。

2. 质子交换膜燃料电池简介：质子交换膜燃料电池是一种基于氢能的新型清洁能源技术，利用质子交换膜作为电解质，将氢气和氧气作为燃料，在催化剂的作用下进行反应，产生电能和水。

质子交换膜燃料电池具有高效转化、零排放、低噪音和环保等优势。

2.1 原理和工作原理：质子交换膜燃料电池采用了两个半反应分离的设计。

离子交换膜燃料电池技术进展

1.交联聚合物中引入质子交换基团
聚合物基质的改性商用聚合物膜的改性
聚合物基质的改性
在聚合过程中加入多官能度单体合成交联聚合物, 然后通过磺化或共混酸性化合物引入质子交换基团, 最后用溶液浇铸法等常用的制膜方法制备成膜。这种质子交换膜具备水凝胶的强吸水性, 在干膜或较低的相对湿度下仍能保持较高的电导率。交联起到限制水凝胶过度溶胀的作用, 使其在70 ℃ 以下具有良好的力学强度。
电池方面
质子交换膜膜电极催化剂层
气体扩散电极
双极板
扩散层
扩散层一方面提供反应气体、电子流和排出生成水的通道，另一方面支持催化剂层网络。一般应用炭纸或炭布制造，厚度为0.18mm～0.35mm。炭纸、炭布的主要原料是炭纤维，可分为聚丙烯腈基、沥青基及粘胶基炭纤维三类。根据制造工艺不同有普通型、高模量型和高强度型等系列产品。
质子交换膜
质子交换膜是PEMFC的核心，其性能将直接影响PEMFC的电池性能，能量效率和使用寿命。PEMFC中应用最为广泛的质子交换膜为美国Du Pont公司生产的Nafion全氟磺酸质子交换膜。
1. Nafion膜的基本骨架是聚四氟乙烯，一定长度的主干链上接枝氟化的醚支链，支链的末端为磺酸基团。
离子交换膜燃料电池技术进展
0000
前言
众所周知，第一代动力系统蒸汽机和第二代动力系统内燃机消耗了大量不可再生的化石能源资源，且造成了严重的环境污染。人类社会的可持续发展问题正面临严峻挑战。根据国际能源机构预测，随着经济的发展、社会的进步和人口的增长，全世界的能源消耗在今后20年至少增加一倍。如果没有新型的能源动力，世界将从目前的能源短缺很快走向能源枯竭。为解决经济发展与能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的任务。

质子交换膜燃料电池Pt-C电催化剂和膜电极的研究共3篇

质子交换膜燃料电池Pt-C电催化剂和膜电极的研究共3篇质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究1质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型的绿色能源，具有高效、环保、安全等优点，在交通、通讯、军事等领域有广泛的应用前景。

其中，催化剂和膜电极是PEMFC中的核心组件，对其性能有着至关重要的影响。

Pt/C电催化剂是PEMFC任务的关键催化成分，它能够将氢气和氧气反应生成水，并释放出电子以供使用。

它具有优异的电催化性能，但也存在着一些问题。

首先，成本较高；其次，存在催化剂中毒现象，即金属Pt颗粒表面容易发生氧化、变形等现象，导致电催化性能下降。

对此，研究者通过合成各种新型催化剂，如Pd/C、Au/C等，优化了催化剂的成分和结构，使催化剂的性能得到了提升。

膜电极作为PEMFC的重要组成部分，它包含质子交换膜（PEM）、电极催化剂层以及电极支撑层等三个部分。

其中，PEM具有分离和传导质子的作用，电极催化剂层可以将氢和氧反应生成电子和水，而电极支撑层则起到支撑和导电的作用。

在PEMFC中，膜电极的性能直接影响着整个燃料电池的发电性能。

目前，研究者主要从材料、制备工艺以及结构等方面进行了改进和优化，如在PEM中引入新型功能单元，如多酸（H3PW12O40）、氧化石墨烯（GO）等，通过调控其结构和比表面积等参数，能够使其性能有所提升。

然而，Pt/C电催化剂和膜电极所存在的问题仍然不容忽视。

目前，研究者正在寻求解决这些问题的有效途径。

例如，可以通过调整Pt/C电催化剂的制备方法和成分结构，减少其成本，并提高其催化效率；在PEM中添加新型功能单元，改善PEM的性能，使其具有更好的质子通道、更优异的导电性能和更稳定的化学性能；在电极催化剂层中引入新型催化剂，如非贵金属催化剂等，降低催化剂成本，同时提高其催化效率及稳定性。

综上所述，Pt/C电催化剂和膜电极是PEMFC中的核心组件，对其性能有着至关重要的影响。

PEMFC催化剂调研报告

PEMFC催化剂调研报告1 PEMFC概述燃料电池是一种不经过燃烧直接将燃料的化学能以电化学反应方式变为电能的发电装置, 它作为一种能源利用的新技术，具有洁净、高效的特点。

燃料电池技术被认为是21世纪最为重要的新能源技术之一，最有可能的石油替代技术。

其中，低温燃料电池因具有工作温度低，启动快，能量转化率高等特点，是野外电站、电动汽车、便携式电源的理想替代电源，受到广泛的重视低温燃料电池，它是指低温下使用质子交换膜工作的燃料电池，包括H2/O2质子交换膜燃料电池（PEMFC）、直接甲酸燃料电池（DFAFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）等。

目前，质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术取得了重大的突破成为燃料电池众多种类中最有希望实现商业化的低温燃料电池之一。

PEMFC为适用范围最广的燃料电池类型之一，主要包括固定式电源和移动式电源两类。

固定电源：PEMFC可以做成任意规模的发电装置，适宜作为分散型电站，可以与电网供电系统共用，主要用于调峰，也可以作为分散型主供独立电源。

移动式电源：PEMFC具有工作温度低、启动速度快、功率密度高和体积小等特点，可以用作车用动力源及一些便携小型移动电源。

其中，PEMFC电动车被公认为是电动车的未来发展方向。

1.1 PEMFC工作原理PEMFC结构和工作原理如图1所示，工作时，阳极通过管道或导气板供给燃料（H2）到达阳极，发生氧化反应，氢在阳极分解成带正电的氢离子和带负电的电子，而质子穿过质子交换膜电解质到达阴极；电池的另一端，阴极通过管道或导气板供给氧化剂（如空气），发生氧还原反应（Oxygen reduction reaction, ORR）。

同时，电子通过外电路流向阴极，最终，氧气与氢离子和电子在阴极催化剂的作用下反应生成水。

与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过连接负载输出电能。

具体的半电池电化学反应和总反应如下：阳极反应: H2 → 2H+ + 2e-（1-1）阴极反应: 1/2 O2 + 2H+ + 2e-→ H2O （1-2）总反应：H2 +1/2 O2 →H2O+ Q1+ Q2 （1-3）Q1 为反应过程中释放的电能，Q2 为反应过程中释放的热能。

电化学合成技术在能源化学中的研究进展

电化学合成技术在能源化学中的研究进展能源是人类社会发展的重要物质基础，随着全球能源需求的不断增长和传统能源的日益枯竭，开发新型、高效、清洁的能源技术已成为当务之急。

电化学合成技术作为一种具有巨大潜力的能源转化和存储手段，在能源化学领域取得了显著的研究进展。

电化学合成技术是通过在电极表面发生的氧化还原反应，将电能转化为化学能或反之，从而实现物质的合成和转化。

这一技术具有许多独特的优势，如反应条件温和、选择性高、易于控制等，使其在能源化学领域得到了广泛的应用。

在能源存储方面，锂离子电池是目前最为常见的电化学储能装置之一。

通过电化学合成技术，可以制备出高性能的电极材料，如锂离子电池的正极材料（如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等）和负极材料（如石墨、硅基材料等）。

这些材料的性能直接影响着锂离子电池的能量密度、充放电性能和循环寿命。

近年来，研究人员通过优化电化学合成条件，如控制电位、电流密度、反应时间和温度等，成功地制备出了具有纳米结构的电极材料。

纳米结构可以增加电极材料的比表面积，提高离子和电子的传输速率，从而显著改善锂离子电池的性能。

除了锂离子电池，超级电容器也是一种重要的电化学储能装置。

超级电容器的电极材料通常包括碳材料（如活性炭、石墨烯、碳纳米管等）和赝电容材料（如金属氧化物、导电聚合物等）。

电化学合成技术可以实现对这些电极材料的精确调控，例如通过电沉积法在电极表面生长出具有特定形貌和结构的金属氧化物或导电聚合物，从而提高超级电容器的比电容和功率密度。

在能源转化方面，电化学合成技术在燃料电池领域也发挥着重要作用。

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）是研究的热点。

对于 PEMFC，电化学合成技术可以用于制备高性能的催化剂，如铂基催化剂和非铂催化剂。

通过控制催化剂的组成、粒径和形貌，可以提高催化剂的活性和稳定性，降低燃料电池的成本。

燃料电池的发展现状及研究进展

燃料电池的发展现状及研究进展燃料电池作为一种清洁能源技术，受到了全球范围内的广泛关注。

它能够将化学能转化为电能，并且只产生水和热作为副产物，不会产生有害物质，具有很高的能量转化效率和零排放的特点。

因此，燃料电池被认为是解决能源和环境问题的理想选择。

在过去的几十年里，燃料电池的发展取得了巨大的进展，下面将对其现状和研究进展进行介绍。

首先，燃料电池的发展现状。

目前，燃料电池主要包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和燃料电池。

聚合物电解质燃料电池（PAFC）等几个主要类型。

其中，PEMFC是目前应用最广泛的一种燃料电池，主要用于汽车和小型移动设备。

SOFC由于其高温运行特性，被广泛应用于大型电力系统和工业领域。

AFC早在燃料电池研究的早期就被发展出来，目前在一些特殊领域如宇航等得到了应用。

另外，还有其他类型的燃料电池如碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等，不同类型的燃料电池适用于不同的应用场景和需求。

其次，燃料电池的研究进展。

燃料电池的研究主要集中在提高性能和降低成本两个方面。

在性能方面，研究人员致力于提高燃料电池的功率密度和能量效率。

例如，通过优化催化剂的设计和合成，改善了燃料电池的催化剂活性和稳定性。

此外，探索新型电解质材料和电极材料，如合金储氢材料、碳纳米管等，也为提高燃料电池性能提供了新的途径。

在成本方面，研究人员致力于降低燃料电池的原材料成本和制造工艺成本。

例如，开发更便宜的催化剂替代品，改进制造工艺等。

此外，维护和管理燃料电池的寿命也是一个重要的研究方向。

因为燃料电池的寿命直接影响其经济性和可靠性。

此外，燃料电池的应用领域也在不断扩大。

除了传统的汽车和移动设备领域，燃料电池还得到了微型电网、船舶、飞机、无人机等更广泛的领域的关注。

例如，由于其高电能密度和长时间稳定性，燃料电池被广泛应用于微型电网系统中，以实现可靠的电力供应。

此外，由于其轻量化特性和零排放的特点，燃料电池在船舶、飞机和无人机领域也具有巨大的应用潜力。

微型燃料电池的研究进展及其应用

微型燃料电池的研究进展及其应用微型燃料电池（Micro Fuel Cell）是一种以氢气为燃料，通过电化学反应来产生电能的装置。

它的优点在于其能够长时间地提供电能，而且对环境污染很小。

现在，微型燃料电池在电子产品、医疗设备、汽车等领域有广泛的应用。

一、微型燃料电池的种类微型燃料电池的种类有多种。

其中，最常见的是直接氧化燃料电池（DMFC，Direct Methanol Fuel Cell）和贵金属催化剂燃料电池（PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell）。

1. 直接氧化燃料电池直接氧化燃料电池的优点在于它使用简单和便携。

它主要用于小型电子器件，如手机和笔记本电脑等。

目前，直接氧化燃料电池的输出功率较低，无法满足更大功率的设备要求。

2. 贵金属催化剂燃料电池贵金属催化剂燃料电池的优点在于它的输出功率高，长时间工作稳定，能够满足更大功率的设备要求。

贵金属催化剂燃料电池主要用于汽车、卫星和宇宙飞船等领域。

二、微型燃料电池在电子产品中的应用微型燃料电池可以用于替代电池。

电池需要经常更换或充电，而微型燃料电池在使用期间能够长时间地提供电能。

微型燃料电池在电子产品中的应用范围很广，包括手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、智能眼镜等。

微型燃料电池在电子产品中的应用还有一个好处是，它可以极大地缩小电子设备的尺寸和重量，使得设备更便携和易于携带。

特别是对于眼镜、手表等小尺寸设备而言，电池的重量和尺寸是一个重大的问题，微型燃料电池的应用可以使这些设备更加轻便和便于携带。

三、微型燃料电池在医疗设备中的应用微型燃料电池在医疗设备中的应用与其在电子设备中的应用类似，它能够提供长时间的电力，为设备提供持续的电源。

医疗设备需要更加安全和稳定，因此微型燃料电池的稳定性和安全性在这方面显得尤为重要。

微型燃料电池在医疗设备中的应用范围也很广，它可以用在集中监测器、心脏起搏器、呼吸机、喷雾器等设备中。

非金属基电催化剂

非金属基电催化剂电催化剂是指能够在电化学反应中降低催化活化能并提高反应速率的物质。

传统的电催化剂通常是由金属材料制成的，如铂、钯、铜等。

然而，金属催化剂在催化反应中存在一些缺点，如成本高、稀缺、易受到电化学腐蚀等。

为了克服这些问题，非金属基电催化剂逐渐成为研究的热点。

本文将介绍非金属基电催化剂的定义、特点、应用以及未来的发展方向。

非金属基电催化剂是指以非金属材料为主要成分的催化剂。

与金属催化剂相比，非金属基电催化剂具有以下几个特点。

首先，非金属催化剂成本较低，因为非金属材料更为丰富，价格更为低廉。

其次，非金属催化剂对电化学腐蚀的抗性更强，能够在更为苛刻的环境条件下使用。

此外，非金属基电催化剂还具有更好的催化活性和选择性，能够高效地催化电化学反应。

非金属基电催化剂在许多领域有着广泛的应用。

首先，非金属基电催化剂在电解水制氢领域具有重要的应用价值。

传统的催化剂如铂在电解水制氢过程中活性高、稳定性好，但成本较高，限制了其大规模应用。

而一些非金属基电催化剂如氮化硼、碳基材料等表现出了很高的催化活性，能够降低制氢的能耗和成本。

其次，非金属基电催化剂在二氧化碳还原、氧气还原和有机物电化学合成等领域也有广泛的应用。

这些领域的研究有助于实现可持续能源的转化和利用，减少环境污染。

虽然非金属基电催化剂在上述领域取得了一定的研究成果，但仍然存在一些挑战和问题。

首先，非金属基电催化剂的催化活性和稳定性有待进一步提高。

与金属催化剂相比，非金属基电催化剂的活性和稳定性较差，需要通过合理设计催化剂结构和组分来改善。

其次，非金属基电催化剂的合成方法和工艺需要进一步优化。

目前，非金属基电催化剂的合成方法多样，但仍缺乏一种通用的合成方法。

此外，非金属基电催化剂的规模化生产和应用还面临一些挑战，需要进一步研究和开发。

为了解决上述问题，未来非金属基电催化剂的发展方向主要集中在以下几个方面。

首先，需要深入研究非金属基电催化剂的催化机理，揭示其催化活性和稳定性的内在机制。

PEMFC国内外研究现状

PEMFC国内外研究现状
上世纪80年代，电池的性能和寿命大幅提高，由于全氟磺酸型质子交换膜碳载铂催化剂等材料的问世和发展，的研究有了突破性的进展。

在这之后，进入了PEMFC高速发展的时代，各种以其为动力的电动汽车陆续问世[2,3]。

一些学者在结合PEMFC内部结构的基础上建立机理模型，从而方便对PEMFC的性能进行分析研究。

后来有学者基于实验，从大量的数据中得到经验模型。

目前机理模型和经验模型以发展整数阶的微分和积分为主。

而对PEMFC的控制也很重要。

当电堆的输出电流发生变化时，反应气体消耗量变化。

为了使燃料电池产生可靠有效的响应，既能够确保电池反应气体入口处有充足的气体流量又能保证阳极和阴极之间的气体压力差不会过大而破坏质子交换膜，需要设计一套控制策略。

Woon KI Na等人[4]提出了一个动态质子膜燃料电池的模型和非线性控制方法，但他们控制的对象不是电池阳极和阴极气体的压强而是氢气和氧气的内部气体气压。

28690 在国内，清华大学、上海神力、中国科学院大连化学物理研究所、上海空间电源研究所等很多单位都在进行质子膜燃料电池相关的研究，并且取得了很大的进展，论文网已经接近了国内外先进水平[5]。

因为PEMFC测控系统很庞大并且具有复杂性，至今缺少统一的标准规范。

PEMFC可操作性、
可靠性和稳定性都急需提高。

现在，相关的控制方案很多，采用DSP、PLC、单片机、数据采集卡等控制器都可以实现对于PEMFC的测控[6]。

:。

PEMFC催化层反应机理与动力学研究

后来weber进一步改进方法并发现电极的性能取决于基底的制备而不是溅射过hirano等人12在gdl上分别沉积00401和03mgcm的pt经nafion溶液浸渍后与pem热压形成mea发现pt载量为01mgcm的mea性能与etek电极04mgcm在低电流密度区相当但在高电流密度区的性能明显优越于后者其可能是pt喷涂在电极表面可有效降低因阴极浓差极化引起的过电势的缘故
adsorption/desorption reactions of hydrogen and oxide via surface diffusion in the catalyst layer. However, they can not contribute to the electrochemical oxidation of hydrogen in low overpotentials. The obvious surface diffusion of dissociatively adsorbed intermediates in hydrogen oxidation and oxygen reduction in catalyst layer can only be observed in high overpotential region. The effects of absorbed surface oxide on oxygen reduction is investigated by the comparing electrochemical behaviors of normal “Pt/C+Nafion” catalyst layer and the
I
Abstract
Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) holds great promise in powering the electric vehicles due to its relatively high power density, low operation temperature and essentially zero emission. Currently, one of the major efforts in developing PEMFC is to increase the utilization of Pt in the catalyst layer so that the cost of PEMFC can be lowered. To increase the utilization of Pt requires a deep understanding on the electrochemical reactions and processes involved in the catalyst layer. So far, the studies of fuel cells reactions (e.g., oxygen reduction reaction and hydrogen oxidation reaction) under real PEMFC catalyst layer and well-defined electrochemical conditions have been very rare. In this thesis, a three-electrode electrochemical cell based on a PEMFC single cell is established, which allows single fuel cell reactions to be studied in real catalyst layer. With this cell, the effects of surface diffusion of adsorbed species or intermediate on reactions of upd adsorption of hydrogen and oxygen, of hydrogen oxidation and of oxygen reduction in PEMFC catalyst layer are investigated. By introducing a layer of Pt/C between the normal “Pt/C+Nafion” catalyst layer and the carbon paper gas diffusion layer, a dual-catalyst-layer working electrode is formed. Such dual-catalyst-layer electrode, the normal single “Pt/C+Nafion” catalyst layer, and a single Pt/C catalyst layer are used respectively as working electrodes to constitute the above mentioned PEMFC electrochemical cell and their

低温燃料电池电催化剂的研究近况

低温燃料电池电催化剂的研究近况
俞守耕
【期刊名称】《《电源技术》》
【年(卷),期】2004(28)12
【摘要】质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)是两种最先进的低温燃料电池,介绍了它们的阳极和阴极电催化剂近年的进展。

包括PEMFC中
用纯H2作燃料时,阴极催化剂的Pt-Cr;用重整产品作燃料时,阳极能耐CO毒化的
催化剂Pt-Ru和Pt-Ru/WOχ。

DMFC中,阳极促进甲醇电氧化的PtRu、PtRuOs、PtRuNi和四氨络铂与喹啉基双胺络钴的混合物,阴极的碳载Pt和Co/Fe-卟啉。

涉及到双功能机理,中间体机理,甲醇在PtRu阳极内的电氧化过程和Co/Fe-卟啉纳米结构对O2还原的边上电催化机理。

用Ni作阳极电催化剂的直接2-丙醇燃料电池有希望作为汽车应用的新能源。

【总页数】5页(P798-802)
【作者】俞守耕
【作者单位】昆明贵金属研究所云南昆明 650221
【正文语种】中文
【中图分类】TM911.4
【相关文献】
1.面向金属-空气电池和中低温固体氧化物燃料电池应用的钴基电催化剂综述 [J], 周嵬;王习习;朱印龙;戴洁;朱艳萍;邵宗平
2.低温燃料电池催化剂阳极材料的研究近况 [J], 李娜娜;张绍红;雷力
3.低温燃料电池阴极Pt基催化剂的研究进展 [J], 付尹宣;廖梦垠;贾斐文;林敏;万斌
4.氮掺杂石墨烯的一步法低温合成及用作微生物燃料电池阴极催化剂的产电特性[J], 付融冰;杨兰琴;冯雷雨;郭伟
5.低温燃料电池阴极氧还原反应催化剂研究进展 [J], 赵经纬; 蔡园满; 易秘; 梅泽峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

质子交换膜燃料电池电催化材料研究综述

质子交换膜燃料电池电催化剂的研究综述[摘要] 概述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理及电催化剂的特殊性质，总结了近年来的相关研究资料，综述了质子交换膜燃料电池用催化剂在国内外研究现状及目前的研究热点。

归纳了近年来提高催化剂稳定性的改进方法，包括改变合金组成、选择高稳定性催化剂载体、制备新型催化剂材料；最后提出了该催化剂材料研究中存在的问题和今后的发展方向。

[关键词] PEMFC；催化剂；载体；性能衰减；稳定性1.引言随着全球能源的减少以及环境恶化的加剧,开发环保的新能源逐渐引起了人们的广泛关注。

燃料电池(FuelCell)因具有高效、环保、燃料来源广及可靠性高等优点成为各国研究的热点。

燃料电池是一种能直接将存储在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的电化学装置。

而其中的质子交换膜燃料电池(PEMFC)除了具备燃料电池一般的特点之外，还具有可室温快速启动、无电解液流失、无腐蚀、寿命长、比功率与比能量高、重量轻、体积小等突出特点[1]。

无论是PEMFC还是其它类型的燃料电池，其关键材料与部件都包括电极、电解质隔膜与双极板三部分。

电极是其核心组成部分，而电极性能是由电催化剂性能、电极材料与制作工艺来决定的。

其中，电催化剂的性能又决定着电流密度放电时的电池性能、运行寿命及成本等[2]。

所以，电催化剂的性能是关系到PEMFC能否真正走向商业化的重要因素，制备出性能优异、成本低、稳定性好的电催化剂将会有力促进PEMFC走向商业化，最终为发电技术开辟新的途径。

2 .质子交换膜燃料电池及其电催化材料质子交换膜燃料电池(PEMFC)也称固体聚合物电解质燃料电池。

以高分子聚合物为电解质，以Pt/C或Pt-Ru/C为电催化剂，以氢气或催化重整气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，以带有气体流动通道的石墨或表面改性金属板为双极板的一种燃料电池，低温燃料电池单体主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外电路，如图1所示。

PEMFC电催化剂现状

PEMFC电催化剂现状13材料C1 安海山20134865620PEMFC的发展历史质子交换膜燃料电池的发展历史起源于20世纪60 年代初美国的GE 公司为NASA 研制的空间电源, 采用的是1 kW 的PEMFC 作为双子星座宇宙飞船的辅助电源, 尽管PEMFC 的性能表现良好, 但是由于当时该项技术处于起步阶段, 仍存在许多问题, 如功率密度较低(<50 mW/cm2);聚苯乙烯磺酸膜的稳定性较差, 寿命仅为500 h 左右;铂催化剂用量太高等, 因此在以后的Apollo 计划等空间应用中,NASA 选用了当时技术比较成熟的碱性燃料电池, 使得PEMFC 技术的研究开发工作一度处于低谷。

1962 年美国杜邦公司开发出新型性能优良的全氟磺酸膜, 即Nafion系列产品, 1965 年GE 公司将其用于PEMFC , 使电池寿命大幅度延长。

但是由于铂催化剂用量太高和Nafion膜的价格昂贵以及电池必须采用纯氧气作为氧化剂, 使得PEMFC 的开发长时间是以军用为目的, 限制了该项技术的广泛应用。

进入20 世纪80 年代以后, 以军事应用为目的的研制与开发, 使得PEMFC 技术取得了长足的发展。

以美国、加拿大和德国为首的发达国家纷纷投入巨资开展PEMFC 技术的研究开发工作, 使得PEMFC 技术日趋成熟。

20 世纪90 年代初期, 特别是近几年, 随着人们对日趋严重的环境污染问题的认识加深,PEMFC 技术的开发逐渐由军用转向民用, 被认为是第四代发电技术和汽车内燃机的最有希望的替代者。

PEMFC的现状EMFC中的电催化剂, 应满足以下4 个条件:①具有导电性, 或使用导电性良好的载体以求获得高的导电性;②一定的电化学稳定性, 即能在实现目标反应的条件下, 电催化剂表面不会因电化学反应而过早失活;③较好的催化性能, 包括实现目标反应及抑制副反应的活性;④比表面积大。

通常电催化剂分为两大类, 即阴极催化剂(催化氧化剂的还原)和阳极催化剂(催化燃料的氧化)。

质子交换膜燃料电池的发展前景

质子交换膜燃料电池的发展前景质子交换膜燃料电池（简称PEMFC）是一种新型的燃料电池技术，具有较高的能量转化效率和环保性能，因此其发展前景非常广阔。

质子交换膜燃料电池具有高能量转化效率。

相比于传统的燃烧发电方式，PEMFC可以将化学能直接转化为电能，转化效率可以达到40%以上，远远高于内燃机的转化效率。

这意味着在同样能源输入的情况下，质子交换膜燃料电池可以提供更多的电能输出，使能源利用效率得到极大提升。

质子交换膜燃料电池具有较强的环保性能。

PEMFC的工作原理是通过催化剂将氢气和氧气转化为水，过程中不产生有害物质和污染物。

相比之下，传统的燃烧发电方式会产生大量的二氧化碳和其他有害气体，对环境造成严重污染。

因此，质子交换膜燃料电池可以有效降低温室气体排放，减少对大气环境的影响，有利于可持续发展。

质子交换膜燃料电池还具有快速启动、静音、体积小等优势。

相比于传统的发电设备，PEMFC可以快速启动并达到额定功率输出，适用于一些对电能供应要求高的场景。

同时，由于使用了固体质子交换膜代替了传统燃烧中的机械部件，质子交换膜燃料电池工作时几乎无噪音，非常适合于室内使用。

然而，质子交换膜燃料电池也面临一些挑战和问题。

首先是氢气的供应问题。

虽然氢气是一种清洁的能源，但目前氢气的生产和储存仍存在一定的技术难题。

其次是催化剂的稳定性和成本问题。

质子交换膜燃料电池需要使用贵金属作为催化剂，而贵金属的成本较高，催化剂的稳定性也需要进一步提升。

此外，质子交换膜的耐久性和寿命也是一个需要解决的问题。

针对以上问题，科研人员正在积极探索解决方案。

首先，在氢气供应方面，可以通过发展水解制氢和可再生能源制氢等技术，实现氢气的可持续生产。

其次，在催化剂方面，可以研究开发新型的非贵金属催化剂，以降低成本。

同时，通过改进催化剂的结构和表面处理技术，可以提高催化剂的稳定性和活性。

此外，还可以通过改进质子交换膜的材料和结构，提高其耐久性和寿命。

非金属碳基催化剂高级氧化

非金属碳基催化剂高级氧化1.引言1.1 概述概述:随着环境污染问题的日益严重，高级氧化技术作为一种重要的污染治理手段备受关注。

而非金属碳基催化剂作为一类新兴的催化剂，在高级氧化过程中展现出了巨大的潜力和应用价值。

非金属碳基催化剂以其丰富的表面官能团、良好的化学稳定性和可调控的电子结构等特点，在高级氧化反应中展现出了出色的催化性能和环境适应性。

由于其独特的优势，非金属碳基催化剂被广泛应用于有机废水处理、大气污染物降解、光电催化和能源转换等领域。

本文旨在全面介绍非金属碳基催化剂在高级氧化领域的研究进展，并探讨其优势、挑战以及未来的发展前景。

首先，将对非金属碳基催化剂的定义和特点进行详细阐述，以便读者对其有一个清晰的认识。

接着，将深入探讨非金属碳基催化剂在高级氧化反应中的应用情况，包括其在有机废水降解、废气治理和新能源领域的应用案例。

通过这些实例，将展示非金属碳基催化剂在高级氧化过程中的优异性能和潜在应用价值。

然后，将围绕非金属碳基催化剂高级氧化的优势与挑战展开讨论。

既要充分肯定非金属碳基催化剂在高级氧化中的优势，如催化效率高、反应选择性好、催化剂可再生等，并要深入分析其面临的挑战，如催化剂的稳定性、反应机理的解析等。

最后，在结论部分将展望非金属碳基催化剂高级氧化的发展前景与应用展望，探讨未来研究的方向和重点，以促进该领域的进一步发展。

通过本文的撰写，旨在全面、系统地评述非金属碳基催化剂在高级氧化中的应用研究进展，并对其未来的发展前景进行展望，以期为相关领域的研究人员提供参考和借鉴，推动高级氧化技术的发展和应用，以应对日益严峻的环境污染问题。

1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括本文的章节组成和每个章节的主要内容概述。

可以按照以下方式编写：文章结构：本文的结构主要包括引言、正文和结论三个部分。

引言部分包括概述、文章结构和目的。

首先，对非金属碳基催化剂高级氧化进行一个概述，介绍其重要性和应用领域。

然后，说明文章的结构，即各个章节的内容安排。

质子交换膜燃料电池研究进展

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第3期质子交换膜燃料电池研究进展高帷韬，雷一杰，张勋，胡晓波，宋平平，赵卿，王诚，毛宗强（清华大学核能与新能源技术研究院，北京100084）摘要：质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC ）因具有效率高、功率密度大、排放产物仅为水、低温启动性好等多方面优点，被公认为下一代车用动力的发展方向之一。

然而，目前PEMFC 在耐久性和成本方面距离商业化的要求还存在一定差距。

为攻克上述两大难题，需要燃料电池全产业链的共同努力和进步。

本文回顾了近年来质子交换膜燃料电池从催化剂、膜电极组件、电堆到燃料电池发动机全产业链的研究进展和成果，梳理出单原子催化剂、非贵金属催化剂、特殊形貌催化剂、有序化催化层、高温质子交换膜、膜电极层间界面优化、一体化双极板-扩散层、氢气系统循环等研究热点。

文章指出，催化层低铂/非铂化、质子交换膜超薄化、膜电极组件梯度化/有序化、燃料电池运行高温化、自增湿化是未来的发展趋势，迫切需要进一步的创新与突破。

关键词：燃料电池；催化剂；膜；膜电极组件；燃料电池堆；燃料电池发动机中图分类号：TK91文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）03-1539-17An overview of proton exchange membrane fuel cellGAO Weitao,LEI Yijie,ZHANG Xun,HU Xiaobo,SONG Pingping,ZHAO Qing,WANG Cheng,MAO Zongqiang(Institute of Nuclear and New Energy Technology,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC)has been considered as one of the most promising next-generation power sources for clean automobiles because of their advantages in efficiency,power density,environmental friendliness,low temperature start ability,etc..However,the gap between the durability and cost of PEMFC and those of commercialization requirements is still large.To overcome the above-mentioned two major problems,joint efforts and progress of the entire fuel cell process chain are required.In this paper,the recent research progress of the entire PEMFC process chain,from catalysts,membrane electrode assemblies (MEA),fuel cell stacks to fuel cell engines,are analyzed and classified reviewed,and research hotspots such as single-atom catalysts,non-noble metal catalysts,special morphology catalysts,ordered catalyst layers,high-temperature proton exchange membranes,MEA interlayer interface optimization,integrated porous bipolar plates,hydrogen circulation,are introduced.This paper points out that low/non-platinum catalyst layers,ultra-thin proton exchange membranes,gradient/ordered MEA,high-temperature operation and self-humidification of fuel cells are the future development trends,of which further innovation and breakthrough are urgently needed.Keywords:fuel cells;catalyst;membranes;membrane electrode assemblies;fuel cell stack;fuel cell engine特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2003收稿日期：2021-09-23；修改稿日期：2021-12-07。

燃料电池的材料科学研究进展

燃料电池的材料科学研究进展在当今能源领域，燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换装置，正引起越来越广泛的关注。

燃料电池的性能和成本很大程度上取决于其所使用的材料，因此，材料科学的研究进展对于推动燃料电池技术的发展至关重要。

燃料电池的工作原理是通过化学反应将燃料（如氢气、甲醇等）和氧化剂（通常为氧气）的化学能直接转化为电能。

在这个过程中，需要一系列的材料来实现高效的电荷转移、催化反应和离子传输等关键步骤。

首先，电极材料是燃料电池的核心组成部分之一。

对于阳极，需要能够有效地催化燃料的氧化反应。

目前，常用的阳极催化剂主要是铂基材料，但其高昂的成本和有限的资源供应限制了燃料电池的大规模应用。

因此，研究人员一直在努力寻找替代材料或改进现有催化剂的性能。

例如，非贵金属催化剂如镍、钴等以及它们的合金和化合物，在某些特定条件下表现出了一定的催化活性，但其稳定性和性能仍有待进一步提高。

同时，通过纳米技术对催化剂进行形貌和结构的调控，增加其比表面积和活性位点，也是提高催化性能的重要途径。

在阴极方面，氧气还原反应（ORR）的动力学过程较为缓慢，需要高效的催化剂来加速反应。

铂基催化剂同样是阴极的常用选择，但同样面临成本和资源的问题。

近年来，基于过渡金属氮碳化合物（MNC）的无铂催化剂成为研究热点。

这些材料通过合理的设计和合成，能够在一定程度上模拟铂的催化性能，同时降低成本。

此外，通过对催化剂的载体进行优化，如使用碳纳米管、石墨烯等具有高导电性和良好稳定性的材料，也有助于提高阴极的性能。

电解质材料在燃料电池中起着传递离子的重要作用。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）中常用的质子交换膜是全氟磺酸膜，如 Nafion 膜。

这类膜具有高质子传导率和良好的化学稳定性，但在高温和低湿度条件下性能会下降。

为了克服这些问题，研究人员开发了一系列新型质子交换膜，如部分氟化膜、非氟质子交换膜等。

此外，高温质子交换膜燃料电池（HTPEMFC）使用的磷酸掺杂聚苯并咪唑膜等，能够在较高温度下工作，提高了燃料电池的热管理和抗杂质能力。

非贵金属催化剂的最新进展

硕士学位论文非贵金属氧化物电解水催化剂的制备及其性能研究非贵金属催化剂研究进展在当下日益发展的工业技术中，传统能源作为工业生产的需求量也越来越多，然而传统化石燃料自身的不可再生性质以及对全球环境的污染越来越严重和人类的生产以及生活日益增大的需求相矛盾，也在推动当下人类能够研究出可代替传统化石燃料的可再生能源[1,2]。

例如太阳能、风力、地热能以及潮汐能等，与前者相比，一来是可再生能源具有取之不尽用之不竭的优点，再者就是对于环境的危害非常小，资源分布面广泛，就地取材非常方便[3,4]。

因此，可再生能源的发展也成为科学家们研究的重点，越来越受到科研工作者投身于能源领域的研究，对于氢能的生产技术上一直在推动发展[5]。

自上个世纪以来，氢气就一直被认为是能量载体，其自身所具备的能量，能通过反应转化为电能投入工业中，满足其生产需求[6,7]。

另外，自身的能量也能成为燃料。

并且其反应的产物危害微乎甚微，在常规的转化成电能的过程中，除去能量之外，余下的只有水，较传统化石燃料产生的大量一氧化碳以及二氧化碳而言，氢气对于环境更为友好[8, 9]。

其也被认为是最具有潜力的可再生能源，在世界各国的激烈竞争下，氢能已经在商业化上的应用过程中到达白热化阶段，各个品牌的交通工具，运输工具等都已争相出炉，各国的企业都已经推出了各色各样新型氢能源的动力汽车，氢能的发展促使着社会步入到可持续发展的环保时代[10, 11]。

氢元素虽然在地球上具有丰富的储量，但是所需要的氢气并不是无条件即可生成的，当前在工业中制备氢的主要原料还是化石材料，不仅难以获得高纯度的氢气，并且容易产生大量的一氧化碳[12, 13]。

若是通过传统的燃料去分离出来，实际意义上并没有脱离对于传统材料以及传统工艺的束缚，带来的问题依然如同上文对传统燃料所述的一样，只有开辟出高效可循环的制备方法才是当下之需。

另一方面，生产出来的氢气如何储存也是一个难题，人们一直以来进行了许多研究去攻克其难点[14,15]。

非金属催化剂的研究和应用

非金属催化剂的研究和应用随着工农业发展的不断壮大和全球经济的不断发展，催化剂作为一种重要的工业原料正在各个领域得到广泛的应用，其可在化学反应中加速反应速度，提高反应效率，促进高效的产品生成，而非金属催化剂的研究和应用，更是在近年来得到了广泛的关注。

一、非金属催化剂的概念在化学反应中，催化剂能够促进原料参与反应形成所需产品而不被消耗。

传统的催化剂多由贵金属制成，比如铂、铑等，昂贵的价格导致了很多问题，比如对于大规模的工业生产不利。

于是，非金属催化剂应运而生。

非金属催化剂又被称为低贵金属催化剂或非贵金属催化剂。

其主要由铜、铁、钴、镍等过渡金属、碳基分子、氧化物、硫化物甚至是生物分子等非贵金属制成。

非金属催化剂的价格便宜，且催化效果不输于贵金属催化剂，甚至在某些反应中还能够得到更好的效果。

二、非金属催化剂的优点和应用由于非金属催化剂相较于贵金属催化剂具有明显的价格优势，其应用在工业领域普遍。

下面将从以下几点总结其应用优势。

1、广泛应用于化学合成反应。

非金属催化剂可用于一系列有机化学合成、弱酸、弱碱和中性体系中的分子转化反应，并能在固-液、气-液和液-液界面条件下去催化反应。

此外，钼、钨、铁离子还能运用于光、电催化等其他领域。

2、可作为消除尾气中有毒有害物质的催化剂。

氮氧化物、硫化氢、苯、甲苯等有毒有害物质，是机动车尾气的主要污染物。

在汽车尾气处理领域中，非金属催化剂的去除效果已经得到了完美体现。

3、可应用于环保行业。

如催化污水处理，非金属催化剂可减少有机物的排放。

在涂料生产行业，高活性非金属催化剂的应用能够提高涂料的质量和效率。

4、可以代替宝贵贵金属。

在电化学传感器制备、燃料电池、军事高新技术等领域，非金属催化剂作为一种先进的催化剂，开始逐步代替宝贵的贵金属催化剂。

三、非金属催化剂的研究现状在非金属催化剂领域内，学术研究领域涉及很广，涵盖了催化反应的性质、表面催化性质、化学催化反应机构以及相关制备工艺的研究。