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的研究进展
燃料电池（ ｅ ｃｌ） ｆ ｌ ｅ 发电是继水力 、 ｕ １ 火力和核能 发 电之 后 的新 一代 发 电技 术 。它 是 一种 不 经过 燃 烧
直接 以 电化学 反应方 式 将燃 料 和 氧化 剂 的化学 能 转
Ｍ ｍ ｒ ｅＦｅ Ｃ ｌ简称 Ｐ ＭＦ ） 汽车 上 的应 用 已 ｅ ｂａ ｕｌ ｅｌ ｎ Ｅ Ｃ在 取得 了较 大 的进 展 ： 拿大 的 Ｂ Ｕｒ 司制 造 的 燃 加 ａａｄ公 料 电池 公共 汽车 已经投入 实际使 用 ， 而德 国的奔驰 汽 车公 司 、 日本 的丰 田电汽 车 、 典 的电 汽 车和 美 国 的 瑞
Ｚ ａ ｇＫ ｊｎ ｈｎ ｅｕ
（ ｅａｔ ｅｔ ｆ ｈ ｍ ｃｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ａ ｉ ｏａｉ ａ Ｃ ｌ ｇ ， ｅ ｏｇｉ ａ ｉｇ１ ３ ５ ） Ｄ ｐｒ ｎ ｅ ｉ ｇ ｅｒ ｇＤ ｑｎ Ｖ ｃｔ ｎｌ ｏ ｅ ｅ Ｈ ｉ ｎ ｊ ｇＤ ｑ ６ ２ ５ ｍ ｏＣ ａＥ ｎ ｉ ｇ ｏ ｌ ｌ ｎ ｎ
第２ ２卷第 ９期 ２０ ０ ８年 ９月
化工时刊
Ｃｈ ｍ ｉ ｌｎ ｕ ｔ ｍｅ ｅ ｃ ｄ ｓ ｒ Ｔｉ ｓ ａ Ｉ ｙ
Ｖ １２ Ｎｏ． ｏ ． ２， ９ Ｓ ｐ ９． ０ ８ ｅ ． ２０
质 子 交换 膜 燃 料 电池 的研 究进 展
张克 军
（ 庆职业 学 院化学工程 系 ， 龙江 大庆 １ ３ ５ ） 大 黑 ６ ２ ５
摘 要 质子交换 膜燃 料 电池 （ Ｅ Ｃ 是一 种高 效节 能 、 作稳 定 、 境 友好 的理 想发 电装 置。质子 交 换膜 是 Ｐ ＭＦ ） 工 环
Ｐ ＭＦ 的核心组成 ， Ｅ Ｃ 是一种选择透 过性膜 ， 主要起传导质子 、 分割氧化剂与还原剂的作用 。Ｐ ＭＦ Ｅ Ｃ用 电催化剂 主要为
质子交换膜燃料电池电催化剂的研究现状与展望
摘
要： 概述 了质 子 交换膜 燃 料 电池 电催 』 的研 究进 展 以及 制 备技 术 ， 质 子 交换 膜 燃 料 电池 匕剂 就
（ Ｅ Ｃ 的发展 前 景提 出 了作 者的看 法 。 Ｐ ＭＦ ）
关 键词 ： 理化 学 ； 子 交换膜 燃料 电池 ； 料 电池 ；电催 化 剂 物 质 燃
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
三部分 。电极是 其 核 心 组 成 部 分 ， 电极性 能是 由 而
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 大 电流 密 度 放 电 时 的
（ Ｆ ） 磷 酸燃 料 电 池 （ Ａ Ｃ） 熔 融 碳 酸 盐 燃 料 电 ＡＣ 、 ＰＦ 、
池 （ Ｆ ） 固体 氧化 物 燃 料 电池 （ Ｏ Ｃ） 后 正 在 ＭＣ Ｃ 、 ＳＦ 之
化 剂 的研究 进展 及 其 制 备 技术 ， 设 计 和 制备 开 发 为
高 效 、 成本 、 毒化 和低过 氧 电位 的 电催化 剂提 供 低 抗
ＺＨＡＮＧ ｕ ｍ ｉ Ｊ ｎ ｎ，Ｗ ＥＮ ｉｇ，Ｌ ｎ Ｍ ｎ ＩＹａ ｇ，ＧＵＡＮ ｅｍｉ ｇ Ｗ ｉ ｎ （ ｕ ｍｉ ｓｔｔ ｏ ｒ ｉｕ ｅａ ， ｕ ｍｎ ， ｕ ｎｎ６ ００ ，Ｃ ｉａ Ｋ ｎ ｎ Ｉ ｔｕｅ ｆ ｅ ｏ ｓＭ ｔｌ Ｋ ｎ ｉｇ Ｙ ｎａ ５ １６ ｈｎ ） ｇｎｉ Ｐ ｃ ｓ
电池性 能 、 行 寿命 及成本 等 。所 以 ， 运 电催 化 剂 的
燃料电池用质子交换膜简介
燃料电池用质子交换膜综述1.1 概述世界范围内的能源短缺问题越来越严重。
对于传统的化石燃料不可再生，且使用过程中造成的环境污染严重。
然而，绝大多数能量的转化是热机过程实现的，转化效率低。
在过去30年里，化石燃料减少，清洁能源需求增多。
寻求环保型的再生能源是21世纪人类面临的严峻的任务。
因此，针对上述传统能源引来的诸多问题，提高能源的转换效率和寻求清洁新能源的研究获得越来越广泛的。
燃料电池(Fuel cell)是一种新型的能源技术，其通过电化学反应直接将燃料的化学能转化为电能[1, 2]。
而且，不受地域以及地理条件的限制。
近年来，燃料电池得到了长足的发展，并且在不同的领域已得到了实际的应用。
1.2 燃料电池燃料电池不受卡诺循环的限制，理论能量转化率高(在200°C以下，效率可达80％)，实际使用效率则是普通内燃机的2~3倍，所用的燃料为氢气、甲醇和烃类等富氢物质[3]，环境友好。
因此，燃料电池具有广阔的应用前景。
下面从组成、分类和特点3个方面具体介绍一下燃料电池：1.2.1 燃料电池的组成燃料电池本质上是水电解的一个逆装置。
在燃料电池中，氢和氧通过化学反应生成水，并放出电能。
燃料电池基本结构主要由阳极、阴极和电解质3部分组成。
通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，加速电极上的电化学反应。
两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等五大类型。
以H2/O2燃料电池为例(图1-1)：H2进入燃料电池的阳极部分，阳极上的铂层将氢气转化成质子和电子。
中间的电解质仅允许质子通过到达燃料电池的阴极部分。
电子则通过外线路流向阴极形成电流。
氧气进入燃料电池的阴极和质子，电子相结合生成水[4]。
图1.1燃料电池工作示意图1.2.2燃料电池的分类通常燃料电池根据所用电解质的不同来划分，因为它决定了燃料电池的工作温度、电极上所采用的催化剂以及发生反应的化学物质。
燃料电池按电解质的不同可分为五类：碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池。
质子交换膜燃料电池催化剂的研究
质子交换膜燃料电池催化剂的研究一、综述质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效的能源转化设备，在便携式电子设备、电动车辆和固定式电站等领域有着广泛的应用前景。
其催化剂的性能是影响电池性能的关键因素之一，因此开发高效、稳定的催化剂对于提高PEMFC的性能至关重要。
质子交换膜燃料电池的催化剂主要分为阳极和阴极两种类型。
阳极催化剂主要负责氧化有机物质，将电子传递到外部电路；而阴极催化剂则负责回收质子，将电子传递到氧气。
市场上的PEMFC催化剂主要是铂基催化剂，但由于其价格昂贵和对硫等毒物的敏感性，限制了其在大规模应用中的推广。
为了提高催化剂的安全性和稳定性，研究者们从多方面进行了深入研究。
在催化剂载体方面，通过改变载体的物理性质，如孔径分布、比表面积等，可以有效地调节催化剂的电子结构和活性位点分布，从而提高催化剂的性能。
在催化剂的组成方面，除了进一步提高铂基金属纳米粒子的分散度和稳定性外，还可以通过引入其他金属元素或非金属元素来优化催化剂的组成，以达到提高催化活性和稳定性的目的。
新型催化材料的探索也是当前研究的热点之一。
一些非铂催化剂，如过渡金属硫族化物、氮化物等，因其具有与铂类似的催化活性和良好的储氧能力，引起了广泛的关注。
虽然这些新型催化材料的制备方法、催化机理和性能等方面还存在一定的问题，但随着研究的深入，有望成为新一代的PEMFC催化剂。
通过对质子交换膜燃料电池催化剂的综述，我们可以看到催化剂的性能直接影响到电池的性能和安全。
发展高效、稳定、安全的催化剂是PEMFC领域的重要研究方向。
随着新材料、新方法的不断涌现，我们有理由相信质子交换膜燃料电池的催化剂将会取得更大的突破，为推动能源转换和环境保护做出更大的贡献。
1.1 燃料电池简介当前，在众多研究和应用领域中，PEMFC主要被应用于交通运输工具（如汽车、公共汽车和卡车等）以及便携式电源（如笔记本电脑、手机和摄像机等产品）。
PEMFC的核心组件包括阳极、阴极和质子交换膜。
燃料电池的研究进展综述
燃料电池的研究进展综述⼀. 燃料电池简介1.定义燃料电池(Fuel Cells)是⼀种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，能量转化率⾼。
燃料和空⽓分别送进燃料电池，电就被奇妙地⽣产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像⼀个蓄电池，但实质上它不能“储电”⽽是⼀个“发电⼚”。
由于在能量转换过程中，⼏乎不产⽣污染环境的含氮和硫氧化物，燃料电池还被认为是⼀种环境友好的能量转换装置。
由于具有这些优异性，燃料电池技术被认为是21世纪新型环保⾼效的发电技术之⼀。
随着研究不断地突破，燃料电池已经在发电站、微型电源等⽅⾯开始应⽤。
2.基本结构燃料电池的基本结构主要是由四部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。
通常阳极为氢电极，阴极为氧电极。
阳极和阴极上都需要含有⼀定量的电催化剂，⽤来加速电极上发⽣的电化学反应，两电极之间是电解质。
图1.燃料电池基本结构⽰意图3.分类⽬前燃料电池的种类很多，其分类⽅法也有很多种。
按不同⽅法⼤致分类如下：(1)按运⾏机理来分类：可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池；(2)按电解质的种类来分类：有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质；图2.燃料电池分类详细介绍(3)按燃料的类型来分类：有直接式燃料电池和间接式燃料电池；(4)按燃料电池⼯作温度分：有低温型(低于200℃)；中温型(200-750℃)；⾼温型(⾼于750℃)。
4.原理燃料电池的⼯作原理相对简单，主要包括燃料氧化和氧⽓还原两个电极反应及离⼦传输过程。
早期的燃料电池结构相对简单，只需要传输离⼦的电解质和两个固态电极。
当以氢⽓为燃料，氧⽓为氧化剂时，燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为：阳极：H2 → 2Ｈ＋＋2ｅ-阴极：1/2 O2＋2Ｈ＋＋2ｅ-→Ｈ2O总反应：H2＋1/2Ｏ2 →H2O其中，Ｈ2通过扩散达到阳极，在催化剂作⽤下被氧化成和ｅ-，此后，Ｈ通过电解液到达阴极，⽽电⼦则通过外电路带动负載做功后也到达阴极，从⽽与O2发⽣还原反应（ORR）。
质子交换膜燃料电池材料的研究及应用
质子交换膜燃料电池材料的研究及应用随着人们对可再生能源和清洁能源的需求不断提高，燃料电池作为一种新型的能源转换设备也受到了广泛的关注。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前应用最为广泛的一种燃料电池，其原理是通过将氢气和氧气在催化剂的作用下反应，产生电能和水。
质子交换膜是PEMFC的核心材料，它直接影响燃料电池的性能和稳定性。
因此，研究和开发高性能、高稳定性的质子交换膜材料已成为PEMFC技术发展的关键。
一、质子交换膜的种类目前市场上比较常见的质子交换膜材料有：聚四氟乙烯（PTFE）、氟化磺酸聚合物（PFSA）、聚苯并咪唑（PBI）等。
其中，PFSA是目前应用最为广泛、性能最为优越的质子交换膜材料。
PFSA的共聚物结构中含有苯环，并且与磺酸化的氟碳化合物链相连，具有较好的热稳定性、耐久性和酸碱稳定性。
此外，还有一些新型的质子交换膜材料正在研发中，如磺化聚苯乙烯（SPS）、酸催化聚合物（ACP）、高分子/无机复合质子交换膜材料等。
二、质子交换膜的性能指标质子交换膜材料的性能指标主要包括：质子导电性、耐久性、化学稳定性、热稳定性、机械强度等。
其中，质子导电性是影响燃料电池性能的重要因素之一，质子交换膜的导电性能需要高，同时也需要具备良好的耐久性。
燃料电池在使用过程中，质子交换膜还需要具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械强度等，以保证其长期运行稳定。
三、质子交换膜材料的研究进展随着质子交换膜材料的研发和制备技术的不断提高，各种新型质子交换膜材料已经出现。
其中，高分子共价网络（CPN）材料是一种非常有前景的质子交换膜材料。
CPN材料是将可溶性高分子与二胺在酸性介质中缩合形成的网状结构，具备优异的导电性和稳定性。
此外，金属有机骨架（MOF）复合质子交换膜材料也备受关注。
MOF具有极高的比表面积和孔隙结构，可以有效地提高质子交换膜材料的导电性能和稳定性。
四、质子交换膜燃料电池的应用前景质子交换膜燃料电池是一种非常环保、高效、低碳的能源转换设备，具备广泛的应用前景。
质子交换膜燃料电池催化剂研究现状
质子交换膜燃料电池是一种基于氢气和氧气的电化学能转化技术，可以高效地将化学能转化为电能，是清洁能源领域备受关注的技术之一。
而质子交换膜燃料电池的催化剂则是关乎其性能的关键因素之一。
本文将就质子交换膜燃料电池催化剂研究现状展开分析。
一、传统催化剂传统的质子交换膜燃料电池催化剂主要采用铂类金属作为活性成分，因其高电催化活性及化学惰性而被广泛应用。
然而，铂类金属催化剂存在成本高、资源稀缺和耐久性差等问题，限制了质子交换膜燃料电池的商业化应用。
二、非铂族催化剂为了解决传统催化剂的问题，近年来在质子交换膜燃料电池催化剂领域涌现了一系列非铂族催化剂，如过渡金属氮化物、碳基催化剂、钴基催化剂等。
这些催化剂具有丰富的资源、低成本和良好的电催化活性，成为替代传统铂族催化剂的重要选择。
三、合成方法目前，质子交换膜燃料电池催化剂的合成方法主要包括溶液法、高温炭烧法、溶胶-凝胶法、物理混合法等。
这些合成方法能够控制催化剂的形貌、结构和表面性质，从而调控其电催化性能。
四、性能改进为了提高质子交换膜燃料电池催化剂的电催化性能，研究者们也尝试引入纳米材料、掺杂、表面修饰等方法进行性能改进，提高催化剂的活性和稳定性。
结合理论计算和表征手段，对催化剂进行深入研究，为催化剂性能的优化提供了理论指导。
五、未来展望随着能源领域的不断发展和创新，质子交换膜燃料电池催化剂的研究也将迎来更多挑战和机遇。
未来，研究者们将继续探索新型高效、低成本的催化剂，致力于解决质子交换膜燃料电池在商业化应用中面临的问题，推动其向更加可持续、环保的方向发展。
总结起来，质子交换膜燃料电池催化剂研究已经取得了诸多进展，从传统的铂族催化剂到非铂族催化剂的发展，再到合成方法和性能改进的探索，都为质子交换膜燃料电池的发展奠定了坚实的基础。
未来，随着新材料和技术的不断涌现，质子交换膜燃料电池催化剂的研究必将迎来更加美好的未来。
希望通过本文的介绍，读者能对质子交换膜燃料电池催化剂研究现状有所了解，也能感受到这一领域的重要性和潜力。
质子交换膜燃料电池的制备及应用研究
质子交换膜燃料电池的制备及应用研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型的清洁能源，因其高效、环保的特点，受到了越来越多的关注和研究。
本文将围绕着PEMFC的制备和应用进行探讨。
一、质子交换膜燃料电池的制备PEMFC的制备过程一般包括质子交换膜、催化剂和氧化还原反应的可逆性等技术方面的研究。
下面我们将分别进行介绍。
1.质子交换膜的制备质子交换膜是PEMFC的核心组件，具有重要的作用。
其制备一般分为两种：一种是利用手性掌握法（casting）制备质子交换膜；另一种是利用两相界面法（interfacial polymerization）制备得到。
手性掌握法是通过将聚合物混合物塗覆在平坦的表面上，通过流延、层压、离子交换等步骤来制备质子交换膜。
两相界面法可以利用高分子交联法，在水、有机溶液中形成交联聚合物膜。
2.催化剂的制备PEMFC的催化剂是指将金属等过渡元素分散在多孔质子交换膜上，使其能够实现电化学反应的催化剂。
其制备一般包括物理还原法和化学还原法两种。
物理还原法是利用物理方法，如还原剂还原等温或者不等温加热来得到催化剂。
化学还原法则是利用化学方法，如化学还原剂还原来制备催化剂。
3.氧化还原反应的可逆性研究氧化还原反应的可逆性是PEMFC燃料电池的另一项重要技术，其研究是为了提高电化学反应效率。
实现其可逆性通常有两种方式：一种是利用铂金属等高活性催化剂；另一种是在阳极和阴极的电化学反应当中，控制反应与扭曲，优化氧化还原反应的动力学参数并提高燃料电池的性能。
二、质子交换膜燃料电池的应用研究PEMFC的应用研究是为了改进其性能，提高其使用范围，从而实现其更广泛的应用。
以下是所涉及的主要方面。
1.汽车领域PEMFC已经进行了广泛的应用研究，由于具有能源密度高、环保等优点，正在逐步替代内燃机，成为下一代汽车动力。
近年来，世界各国政府和企业开始重视燃料电池汽车研究和发展，预测未来其将会成为促进汽车工业转型的主要方向。
质子交换膜燃料电池催化层材料
质子交换膜燃料电池催化层材料质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是一种能够高效地将水和氢气转换成电能的设备，在现代绿色能源中有着重要的应用。
催化层是质子交换膜燃料电池中最关键、最重要的部分，它起到着催化反应的作用。
因此，优化催化层材料的合成方法和性格能够有效地提高催化层的催化性能，并使整个系统的效率得到提升。
催化层材料的种类和性质对PEMFCs的性能有很大的影响。
常用的催化层材料包括铂，铂基合金，以及非铂系材料。
其中，铂是最常用的催化层材料，因为铂在PEMFCs中显示出了很好的稳定性和高效性。
但是铂作为一种昂贵的材料，会限制PEMFCs的大规模商业应用。
因此，寻找替代铂的材料就成为人们研究的热点之一。
除铂以外，铂基合金也被广泛地研究和应用。
铂基合金的优点在于其很好的活性和稳定性，而且可以降低材料成本。
与铂单质相比，铂基合金在催化氧气还原反应方面具有更好的性能和抗毒性，因为铂基合金能够减少催化剂表面氧原子的吸附，从而减少催化剂的失活。
所以铂基合金在催化反应方面具有很强的前景。
非铂系材料也是研究的重点。
非铂系材料有着良好的催化性能和高的稳定性，并且价格较低。
目前非铂系材料主要分为两类：一类是过渡金属材料，另一类是碳材料。
在过渡金属材料方面，一些稀土元素如镝，铽和普鲁斯特石型过渡金属氧化物等，已经被证明具有很好的催化活性和稳定性。
在碳材料方面，碳纳米管和石墨烯被广泛地研究和应用，它们具有较高的电导率和良好的自我修复能力。
这些优秀的特性使得非铂系材料成为PEMFCs中具有潜力的催化层材料。
总之，优化催化层材料的选择和性能是促进PEMFCs实际应用的关键因素之一。
精确地控制催化剂合成方法和性质，有助于提高整个系统的效率，降低成本，促进催化层材料的可持续性和实用性。
在未来，随着科技的不断发展和研究的深入，PEMFCs有望加速实现能源环保和可持续发展的目标。
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。
质子交换膜制备的国内外研究现状
质子交换膜制备的国内外研究现状近年来，质子交换膜在能源领域的应用越来越受到关注。
质子交换膜燃料电池是一种高效、环保的能源转换设备，具有广阔的应用前景。
质子交换膜的制备是实现燃料电池高效运行的关键技术之一。
本文将对质子交换膜制备的国内外研究现状进行综述。
我们来看看国外的研究进展。
美国、日本和德国等国家一直在质子交换膜领域保持着较为领先的地位。
他们在质子交换膜材料的研发上取得了重要成果。
例如，美国劳伦斯伯克利国家实验室研究人员开发了一种基于聚芳醚酮的质子交换膜材料，该材料在高温下具有优异的稳定性和导电性能。
而日本东京大学的研究团队则提出了一种基于聚合物网状结构的质子交换膜材料，该材料具有高度的质子传导性能。
德国柏林工业大学的研究人员则通过控制质子交换膜的纳米孔隙结构，实现了质子交换膜的高选择性传输。
在国内，质子交换膜制备的研究也取得了一些进展。
中国科学院化学研究所的研究人员通过改进聚合反应工艺，成功合成了一种具有较高质子传导性能的质子交换膜材料。
华东理工大学的研究团队则利用纳米材料改性技术，提高了质子交换膜的稳定性和导电性能。
此外，北京大学的研究人员还开展了质子交换膜的微观结构研究，为质子交换膜的制备提供了理论支持。
质子交换膜的制备方法也在不断创新。
目前，常用的制备方法包括溶液浸渍法、溶胶凝胶法和膜蒸发法等。
溶液浸渍法是最常用的制备方法之一，通过将聚合物溶液浸渍到无机膜中，再通过热处理使聚合物固化为质子交换膜。
溶胶凝胶法则是将无机材料和有机材料溶胶混合，通过凝胶过程形成质子交换膜。
膜蒸发法则是将聚合物溶液蒸发在无机膜表面，形成质子交换膜。
这些方法各有优劣，需要根据具体应用需求进行选择。
然而，质子交换膜制备过程中还存在一些挑战和问题。
首先，质子交换膜的稳定性和导电性能需要进一步提高。
其次，质子交换膜的制备成本较高，限制了其大规模应用。
此外，质子交换膜的耐久性和耐化学腐蚀性也需要改进。
总的来说，质子交换膜制备的国内外研究现状表明，质子交换膜在能源领域具有重要的应用价值。
质子交换膜燃料电池催化层材料
质子交换膜燃料电池催化层材料简介质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前被广泛研究和应用的一种先进能源转换技术。
催化层是PEMFC中关键的组成部分，它在电化学反应中起到催化作用。
本文将深入探讨质子交换膜燃料电池催化层材料的研究进展、性能要求以及最新的发展方向。
催化层材料的研究进展传统催化层材料1.Pt/C催化剂：铂基催化剂是催化层中最常用的材料，具有良好的催化活性和电化学稳定性。
然而，铂是一种稀有贵金属，价格昂贵，限制了质子交换膜燃料电池商业化的发展。
2.非贵金属催化剂：为了降低成本并减少对稀有资源的依赖，研究者们开始寻找代替铂的非贵金属催化剂。
例如，过渡金属氮化物和碳氮化物具有相当的催化活性，但其稳定性仍需进一步提高。
新型催化层材料1.单原子催化剂：近年来，研究者们提出了一种新型的催化剂——单原子催化剂。
单原子催化剂具有高的原子利用率和催化活性，可以有效降低铂的使用量，并提高催化剂的稳定性和抗中毒性。
2.二维催化剂：二维材料具有大比表面积、优异的导电和传质性能，因此被广泛研究用于催化层材料的设计。
例如，石墨烯和二硫化钼等材料在质子交换膜燃料电池中表现出良好的催化活性和稳定性。
催化层材料的性能要求1.催化活性：催化层材料需要具有高的催化活性，以促进气体分子的电化学反应。
高催化活性可以提高质子交换膜燃料电池的功率密度和效率。
2.电化学稳定性：质子交换膜燃料电池工作在严酷的电化学环境中，催化层材料需要具有良好的电化学稳定性，以防止催化剂的氧化和溶解，从而提高催化层的寿命。
3.抗中毒性：催化层材料需要具有抗中毒性，以抵抗来自燃料和氧化剂中含有的杂质对催化剂的中毒作用。
抗中毒性的提高可以延长催化剂的使用寿命，减少维护和更换成本。
4.倍流性：催化层材料需要具有良好的传质性能，以确保燃料和氧化剂在催化剂表面的均匀分布，避免局部反应速率的差异，从而提高电化学反应的效率。
最新的发展方向1.复合催化剂：将不同类型的催化剂组合成复合催化剂，可以充分利用各种催化剂的优点，提高催化剂的催化活性和稳定性。
燃料电池用质子交换膜研究进展
燃料电池用质子交换膜研究进展【摘要】质子交换膜在质子交换膜燃料电池中不仅起到传导质子，分隔燃料和氧化剂的作用，还要作为催化剂的支撑体。
本文对国内外质子交换膜的发展进行了综述，详细介绍了各类质子交换膜的结构及优缺点。
【关键词】燃料电池；质子交换膜；质子交换膜燃料电池0.前言燃料电池可直接将化学能转化为电能，能量转换效率高达60%～80%，实际使用效率是普通内燃机的2～3倍。
同时，还具有燃料多样化、噪音低、可靠性强、维修性好等优点。
因此开发燃料电池这种洁净能源技术是实现高效、合理使用资源和保护环境的一个重要途径，燃料电池技术是21世纪最具竞争力的能源新技术之一。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种低温燃料电池，除了具有一般燃料电池的能量转化率高、环境友好等特点外，还具有可在室温下快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等特点。
1.质子交换膜质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键部分，它能起到分隔燃料和氧化剂、传导质子和绝缘电子的作用，其性能和寿命直接决定电池的性能和寿命。
质子交换膜的分类：1.1含氟主链聚合物膜C-F键的键能是485kJ/mol，高于C-H键的键能（350～435kJ/mol）和C-C 键的键能（350～410kJ/mol），同时氟原子的半径较大（0.64×10-10m），氟在C-C 键附近形成一道保护屏障，因此含C-F键的聚合物具有较高的热稳定性和化学稳定性。
这类聚合物膜主要有全氟磺酸膜和部分含氟聚合物膜两类。
（1）全氟磺酸膜。
目前PEMFC中应用的质子交换膜几乎全为全氟磺酸膜，广泛应用的是美国Dupont公司生产的Nafion系列膜。
在全氟磺酸膜中，磺酸根是固定离子，它与质子结合形成的磺酸基团既可提供反离子，又能吸引水分子。
氟原子具有强的电负性，使磺酸基具有强酸性，其强度与硫酸相当，因此膜中的磺酸基团处于完全解离状态，具有较好的质子导电性。
全氟磺酸膜的电导率强烈地依赖于含水量，全氟磺酸膜在含水量较低或温度较高（>100℃）又无水补充的情况下，电导率会明显下降[1]，很多研究者通过掺杂氧化硅等无机物来提高全氟磺酸膜在高温下的性能[2]。
质子交换膜燃料电池电极催化剂的研究进展
1 阳极催化剂 在室温下, CO 对铂催化剂有强烈的毒 化作用, 所以阳极 催
化剂应具有抗 CO 中 毒能 力。然而, 有 研究 表明 , 这主 要是 来 自 CO 与 H2 的竞 争吸附, 其 效果 可逆, 即 催化 剂中 毒后, 只 要 用高纯氢处理催化剂就可恢复[ 1] 。
P EM F C 可以采用 高纯 氢作 燃料, 但由 有机 物重整 得到 氢 气更具有实 际意义。这样得到的 氢气中常 含有 CO 杂质, 即 使 痕量级的 CO 也会 使铂 催化 剂的 活性 大大 降低。 提高 催化 剂 对 CO 的耐 毒能 力成 为 这类 催化 剂的 主 要研 究方 向。T seung 等人通过 研究发 现[ 2] , 有许多 元素可 以与 Pt 结合在一 起实 现 对 CO 或甲醇的阳极 氧化 共催 化活 性, 它们 或者 形 成合 金, 或 者被 Pt 吸收在表 面。这些元 素有: S, Se, T e, Ir, Os, Sn, Sb, Pb, W 和 M o。
A lamos National L aboratory ) 以 Pt Ru 为 阳 极 催 化 剂 制 作 的
PEM F C 性能可达 670 mA!cm- 2 ( 0. 5 V ) [ 8] 。 最新研 究结果 表
明, 由共浸渍方法制备的 Pt Ru 二元 电催化 剂中, 由不 含 Cl 的
钌化物为原料合成的催化剂可以提供高度分散和均一的 Pt Ru
M ( CO) ads+ Ru ( OH) ads CO2 + H+ + e- M∀Pt ( 1)
Ru+ H2O
OHads+ H+ + e-
( 2)
COads+ OHads CO 2+ H+ + e-
燃料电池用质子交换膜的研究进展
燃料电池用质子交换膜的研究进展燃料电池是一种利用化学能转化为电能的装置，其主要组成部分之一就是质子交换膜。
质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）是燃料电池中起到传递质子流的作用，同时还充当了电解质、绝缘层等多重功能，因此质子交换膜的性能对燃料电池的性能有着重要影响。
本文将介绍质子交换膜的主要类型、材料和性能，以及研究进展。
质子交换膜目前主要有离子交换膜（Ionomer Membrane）、聚芳醚砜膜（Polymer Electrolyte Membrane）和氢氧化锂亚胺膜（LiOH·H2O）三种类型。
离子交换膜是最常用的质子交换膜，其特点是具有良好的质子传导性能和较高的化学稳定性。
常见的离子交换膜有聚四氟乙烯磺酸酯（PTFE/SPEEK）、氟化磺酰基聚醚醚酮（SPEEK）和聚偏氟乙烯（PVDF）等。
这些材料的质子传导性能较好，但在高温和干燥环境下容易失水，导致传导性能下降。
聚芳醚砜膜是一种新型的质子交换膜材料，具有优良的热稳定性和化学稳定性。
相对于离子交换膜，聚芳醚砜膜更适用于高温和干燥的环境。
然而，聚芳醚砜膜的主要问题是质子传导性能较差，需要通过添加导电剂来改善。
氢氧化锂亚胺膜是一种无机材料，具有较高的质子传导性能和优良的化学稳定性。
然而，氢氧化锂亚胺膜的制备工艺复杂，且在较低温度下容易失水，限制了其在实际应用中的发展。
近年来，研究者们在质子交换膜材料的开发和改进上取得了很多进展。
一种新的质子交换膜材料是碳纳米管（Carbon Nanotube, CNT）复合材料，由于碳纳米管具有优良的电导性能和导电网络结构，可显著提高质子传导性能。
研究者们通过将碳纳米管与聚合物进行复合，制备了具有较高导电性能的质子交换膜。
此外，还有研究表明，添加纳米颗粒（如氧化锆颗粒、磷酸铈颗粒等）到传统质子交换膜中，可以显著提高其质子传导性能和化学稳定性。
除了材料的改进，质子交换膜的结构设计也是研究的热点之一、研究者们尝试使用纳米孔隙结构、多孔结构和层状结构等来改善质子交换膜的传导性能和稳定性。
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。
质子交换膜燃料电池调研报告
调研报告燃料电池是通过电化学反应将化学能直接转化为电能的装置，其主要特点是能量转换效率高、环境污染小，被誉为21世纪的主要能源之一，是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。
新能源技术被认为是新世纪世界经济发展中最具有决定性影响的领域之一，燃料电池的广阔应有前景已引起了世界各国的高度重视，发达国家政府和大型公司投入巨资支持燃料电池技术的研究和开发，我国政府也将燃料电池技术列入国家科技攻关计划之中。
为此，燃料电池及其相关技术技术的研究与开发成为近些年的热电课题，在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域的应用取得非常有意义的进展。
一国内外燃料电池技术的发展状况1 国际燃料电池技术的发展状况发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。
值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。
燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。
燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。
如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。
燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。
2 中国燃料电池技术的发展状况中国早在20世纪50年代就开展燃料电池方面的研究。
中国在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。
中国政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出百瓦级-30kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。
质子交换膜燃料电池关键技术研究
质子交换膜燃料电池关键技术研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型的燃料电池技术，它具有高能量密度、低排放、高效率等优点，已成为国际燃料电池领域的研究热点之一。
作为 PEMFC 的关键组件，质子交换膜是这种燃料电池能否实现商业化应用的关键技术之一。
因此，质子交换膜的研究已成为 PEMFC 技术研究的重点之一。
1. 质子交换膜简介质子交换膜是 PEMFC 中的关键组件之一，它是将氢气和空气反应产生的化学能直接转化为电能的媒介，其质量和性能直接决定了 PEMFC 的输出性能和使用寿命。
目前，质子交换膜主要采用的材料是聚四氟乙烯（PTFE）和氟化聚合物等，其主要特点是具有良好的化学稳定性、高温耐受性和电化学活性。
2.质子交换膜的主要问题2.1 水分管理问题作为 PEMFC 中的关键组件之一，质子交换膜的工作需要高水分环境，但是过量的水分会导致质子交换膜膨胀，从而影响PEMFC 输出性能。
同时，水分还会引起PEMFC 中的冷凝水问题，进而导致 PEMFC 短路甚至不能正常工作。
因此，如何有效地管理质子交换膜中的水分成为了质子交换膜研究的重点。
2.2 电化学稳定性问题在 PEMFC 的工作过程中，高温、高压等环境极易导致质子交换膜的失活和降解，从而降低 PEMFC 的使用寿命和输出性能。
此外，不同的燃料、氧化剂反应产生的化学物质和杂质也会对质子交换膜的稳定性造成影响，因此，如何提高质子交换膜的电化学稳定性也是当前 PEMFC 技术研究的难点之一。
3.质子交换膜的研究进展为了解决上述问题，当前 PEMFC 领域的研究人员一直在积极研究质子交换膜的结构设计、材料选择和制备工艺等关键技术。
目前，国内外普遍采用微孔介电质法制备质子交换膜，该方法能够实现微米级别的膜厚度和纳米级别的孔隙结构，从而提高质子交换膜的分子筛选性和水分管理能力。
同时，近年来还涌现出许多新型的质子交换膜材料，如共聚物、离子性高分子等，其在改善质子交换膜电化学稳定性和水分管理方面表现出了优异的性能。
新能源技术知识：燃料电池中的质子交换膜材料研究
新能源技术知识：燃料电池中的质子交换膜材料研究燃料电池（Fuel Cell）是一种将化学能直接转化为电能的高效、清洁能源，与传统热机发电相比，燃料电池具有高效率、低排放、无噪音等优点，被视为未来替代传统能源的主要方向之一。
燃料电池的核心是质子交换膜（Proton-exchange Membrane，PEM），是一种半透膜，负责电子和质子的传递。
目前燃料电池的半透膜主要有两种，一种是质子交换膜（PEMFC），另一种是碱性交换膜（AFC），本文主要介绍PEMFC中的质子交换膜。
PEMFC是目前最为实用的燃料电池技术之一，其具有动态响应快、功率密度大、启动时间短、适用范围广等特点。
质子交换膜是PEMFC 中不可或缺的部件，职责是将质子从氢气的电化学反应中分离出来，把电子和氧气结合形成水，从而产生电能。
PEMFC中使用的质子交换膜材料一般采用质子交换树脂或聚合物电解质材料。
聚合物电解质是一种有机高分子材料，结构上带有苯环、醚键和酸基团等，具有高可达95%以上的质子传导率，且抗温度、抗湿度能力强，是目前燃料电池中最为广泛使用的质子交换膜材料。
其中代表性的是聚合物质子交换膜（PEM），其由闪体二苯基氧化物（fluorene），芳香基三甲基氨（aromatic trimethylamine）和呋喃环（furane）三者混合共聚而成，具有较好的热稳定性和酸稳定性。
除了聚合物电解质材料外，质子交换树脂也是一种常见的质子交换膜材料。
质子交换树脂是对稳定性、温度和湿度的要求较高的材料，但其质子传导率相比聚合物电解质材料要低，因此其应用范围较窄。
在燃料电池发展过程中，质子交换膜的材料研究一直是一个热点问题。
目前研究的重点在提高质子传导率、降低阻抗和提高膜的稳定性等方面。
研究表明，聚合物电解质材料的质子传导率主要与材料结构、离子交换度、水分子的吸附和解吸等因素相关。
因此，通过调节材料的结构、交联度和水含量等因素，可以实现优化质子传导率的目的。
质子交换膜燃料电池中催化剂的研究进展
质子交换膜燃料电池中催化剂的研究进展质子交换膜燃料电池被广泛认为是下一代清洁能源，它可以将氢气与空气反应生成电能，同时产生的唯一副产物是水，因此具有极高的环保性。
而催化剂则是质子交换膜燃料电池的核心组件之一，主要起着 catalytic oxidation 与 catalytic reduction 的作用，它们对燃料电池性能的影响至关重要。
在质子交换膜燃料电池中，催化剂主要由贵金属Pt构成，但Pt很显然不是最理想的选择，因为它昂贵且稀缺。
因此，减少或替代Pt成为催化剂已经成为现代化学的热门话题之一。
本文将着重介绍针对替代Pt的研究进展。
1. 常见的替代方案(1) 金属离子型催化剂金属离子型催化剂是指通过金属离子对 Pt 进行替代，这些金属包括 Pd，Au，Ag，Cu 等。
Pd 是最常用的替代方案之一，因为它和 Pt 具有相似的电子结构，且价格相对便宜。
我国科学家曾借助单原子层制备出 N-S-C 型金属有机框架化学氧化图氮化合物（M-N-C），在其中加入沉积的Pd离子，制得了新型Pt替代催化剂M-N-C-Pd，该催化剂具有良好的氧还原反应活性和长久稳定性，并且呈现出与Pt/C催化剂相当的性能。
此外，钯有良好的化学稳定性，且不会受到形态变化的影响。
(2) 非金属催化剂非金属催化剂是指采用非金属元素代替 Pt，如铁，碳硫化物等。
单原子铁被认为是最理想的Pt替代品之一，它的物理化学性质与Pt相当。
目前存在的主要问题是，由单原子组成的铁催化剂在加热过程中，性质会发生变化，同时，纯铁催化剂表面处于低氧环境，容易产生磁性相，可能导致离子移动。
2. 新型合成方法的发展对于替代Pt催化剂，合成技术是至关重要的。
当前，许多方法已被提出，包括电化学堆积法，电沉积法，微波辅助法等。
其中，在电化学分解Pt体系中，一些特定的化学品被引入到反应中，也就是欧米西斯法，该方法已被证明是一种有效的Pt催化剂的替代品合成方法。
此外，还有低温真空蒸汽沉积法，该技术是目前制备Pt替代催化剂的最先进和最具有竞争力的技术之一。
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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。
工作时，阳极通过管道或导气板供给燃料（如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。
反应机理如下[3]：阴极反应：H2→2H+ + 2e-阳极反应：1/2O2 + 2H+ + 2e- →H2O总反应：H2 + 1/2O2→H2O图1 质子交换膜燃料电池工作原理催化剂是电极的重要组成部分，起到催化阴极和阳极的氧化还原反应的作用。
对PEMFC 而言，由于氧还原反应即阴极反应有很高的电化学极化，电催化剂的功能是加速电极与电解质界面上的电化学反应或降低反应的活化能，提高反应速度，避免较大的电压及电池输出效率的损失；另外，目前，阴极电催化剂铂担载量是阳极电催化剂铂担载量的4倍，所以减少阴极电催化剂铂的担载量，提高阴极电催化剂的催化活性，能够降低阴极催化层的厚度，有利于传质和减少电阻。
故选用合适的阴极电催化剂材料，直接影响着PEMFC的能量转换效率[4]。
3.PEMFC国内外研究现状及发展趋势自从1839年W.R.Grove发表第一篇有关燃料电池研究报告以来，100多年间燃料电池技术得到了一定的发展。
美国通用电气(GE)公司是最早研究PEMFC的机构。
20世纪60年代，美国将PEMFC应用于Gemini航天飞机辅助电源,但由于材料昂贵而阻碍了其发展。
70年代，杜邦公司成功开发全氟磺酸膜Nafon产品后，其因具有较高的耐酸性和热稳定性而被广泛应用于PEMFC中，使PEMFC得到了飞速发展[5]。
因此寻求廉价且具有良好稳定性能的催化剂已成为电极催化剂研究的主要目标。
3.1铂催化剂20世纪60年代美国通用电气公司研制的PEMFC电催化剂为铂黑，用量约为10mg/cm2,而且催化剂利用率很低。
直到20世纪80年代中期PEMFC膜电极上Pt负载量仍高达4mg/cm2。
20世纪90年代以来，加拿大Ballard公司采用Nafion膜,以Pt/C作为电催化剂，通过改进膜电极结构和制备工艺，使电催化剂中Pt负载量降至0.7-1.0mg/cm2, 取得了突破性进展。
目前PEMFC使用的催化剂大多数是以活性炭、碳黑以及石墨等材料为载体的Pt 催化剂,减少了Pt的用量，提高了Pt的利用率，而且将Pt分散于不同的载体中制成复合电极材料，是提高Pt催化剂利用率的有效途径。
徐洪峰等[6]以甲醛为还原剂，氯铂酸为原料，XC72碳黑为载体，制备了不同铂含量的碳载铂电催化剂，结果表明随着铂载量的提高，表面铂有部分聚结，铂晶体的粒径增大，催化剂的电化学比表面积减小。
铂载量为40 %时，燃料电池阴极的性能最好。
3.2铂合金催化剂PEMFC适合用作动力电源，可以采用高纯氢作燃料,但如果使用碳氢化合物重整得到的氢气就更加具有实际意义，然而这样的氢气中常含有CO杂质。
PEMFC的运行温度低，少量的CO就会使Pt催化剂的活性大大降低。
为提高催化剂对CO的抗毒能力，铂合金催化剂就成为这类催化剂的研究方向。
Xia[7]研究出一种以9nm Pd为核心、7nm Pt组成的具有较高比表面积和树状纳米结构的双金属催化剂，这种结构为PEMFC提供了高氧化还原活性阴极。
催化剂测试结果表明，在室温下该催化剂的催化效率比普通的纯Pt催化剂高出2.5倍，另外，在工作温度为60℃时也具有很好的稳定性。
王巧平[8]采用反胶束法来制备Pt-Ru/C催化剂，结果表明，采用SDS为表面活性剂，固态KBH4为还原剂，分步负载还原的顺序，在水和表面活性剂摩尔比为9，温度为60℃时制备的Pt-Ru/C催化剂，具有金属载量高(达到实验设定值的90 %以上)、颗粒粒径小(3-5 nm)、合金度好、分散性好、电催化性能及抗CO中毒性能较佳等优点。
3.3铂-氧化物催化剂在研究铂合金催化剂的同时,铂-氧化物催化剂也是一个研究热点。
Seger等[9]报道在溶胶硅基质上用硼氢化钠还原制得纳米Pt-SiOx颗粒，颗粒之间交错连接，提高了可利用的电化学表面积，与Pt/C催化剂相比，显示出对氧还原很高的催化活性。
张华等[10]分别采用钨酸盐盐酸沉淀法、溶胶一凝胶法、水热合成法制备WO3，调整各制备工艺参数(温度、PH、浓度、质量比等)，制备出不同组合方式的Pt/WO3/C催化剂。
通过TEM、BET、CV、FT-IR、TG等一系列测试方法对催化剂表征，发现WO3作为载体时有良好的耐酸腐蚀性能，可降低阴极过电位；中间产物非化学计量化合物氢钨青铜增加了氢的溢流效应，提高了铂对氢氧化的催化活性。
3.4 非铂系催化剂张和平等[11]研究了酞菁铁FePc／C用于质子交换膜燃料电池催化剂的制备和性能,研究表明FePc／C是一种性能优异的催化剂。
曾蓉等[12]报道Frumkin A N Institute of Electrochemistry RAS研究小组对PEMFC用非Pt 催化剂进行了比较系统的研究，主要研究的非Pt类催化剂如表1所示。
表1 非铂系催化剂4PEMFC催化剂稳定性的改进PEMFC通常采用纳米级粒径的高分散Pt/C作为催化剂以增加Pt的活性表面积，在PEMFC工作过程中，Pt催化剂的有效活性表面积会逐渐降低，导致电池性能衰减。
造成Pt 催化剂活性表面积降低的原因很多，其原因包括碳载体的腐蚀、Pt催化剂的氧化溶解、聚结和杂质毒化等。
随着PEMFC越来越接近实用化，如何提高催化剂的稳定性已经成为迫切需要解决的关键问题。
4.1改变合金组成Pt催化剂的氧化、溶解、聚集、毒化以及碳载体的腐蚀等过程与Pt颗粒的表面电子状态等因素密切相关，因此改变催化剂的表面电子状态是改进Pt催化剂稳定性的有效方法，将Pt与其它1种或多种金属形成合金是改变Pt表面电子状态的有效手段,有利于改进催化剂的稳定性。
另外，改变合金组成除了可以抑制Pt颗粒的聚集外，还会明显改变Pt催化剂的耐氧化能力和抗溶解性能。
Nie等[13]采用新工艺，通过间歇微波加热直接还原铂盐前体的方法制备了Pt-WC/C催化剂,该催化剂比纯Pt/C或是用机械混合的方法制备的Pt-WC/C在酸性介质中具有更好的催化活性。
这主要是由于该制备方法提高了Pt颗粒在载体上的分散性，使Pt的粒径变小、比表面积增大的缘故。
Dan Xu等[14]最近报道了一种方便有效的胶体法用来合成高性能的Pt-Cu nanocube。
所得nanocube用于甲醇氧化测试，由其极化曲线可以看出(图2)，Pt-Cu nanocube用于甲醇氧化能够得到更高的电流密度。
图2（a）Pt-Cu合金对甲醇氧化的循环伏安曲线；(b)Pt-Cu合金对甲醇氧化的计时安培曲线4.2选择高稳定性催化剂载体鉴于载体腐蚀对催化剂稳定性的重要影响，提高载体材料的抗腐蚀能力成为一有效增强Pt催化剂稳定性的方法。
目前有多种材料被考虑用作催化剂的载体，包括各种碳材料、氧化物、导电聚合物、硅材料、纳米结构薄膜材料(NSTF)等。
郭志军[2] 采用比表面积大、孔容大、导电性能好且中孔结构丰富的碳气凝胶为载体，通过间歇式微波加热多元醇还原法制备得到了低负载量的Pt/CA催化剂，实验结果表明Pt/CA催化剂对甲醇有着更大的电催化活性和电化学稳定性。
通过不通电压下的计时电流实验表明不同的工作电压下Pt/CA催化剂的稳态电流都要大于Pt/C催化剂的稳态电流，说明R/CA催化剂催化活性和稳定性都要强R/C催化剂，因此Pt/CA催化剂对于质子交换膜燃料电池来说是一种比较优良的催化剂。
Yuchen Xin[15]采用N掺杂石墨烯作为催化剂载体，使N原子进入C骨架后作为固定金属离子的活性位点，加强金属与石墨烯的相互作用，使催化剂具有更高的甲醇催化活性，热力学稳定性得到很大的提高，同时改善Pt在载体上的分布，产生更多的活性位。
4.3制备新型催化剂材料高国玉[16]采用自组装的方法将多壁碳纳米管在硅烷偶联剂的作用下功能化，使其表面产生丰富的胺基基团，贵金属盐溶液通过静电作用吸附在多壁碳纳米管表面，再通过化学还原方法将其还原为Pt，Pd和Pt-Ru纳米颗粒。
并进一步研究了Pt/MWNTs复合材料对甲醇，乙醇的电催化氧化，Pd/MWNTs对腆，Pt-Ru合金对甲醇的电催化氧化性能。
结果表明，Pt、Pd、PtRu等纳米粒子高密度的分布在MWNTs的表面，并且表现出良好的电催化活性。
Korotcenkov G等[17]通过置换反应合成Pt和Pt-Pd纳米管,并将其作为无载体的催化剂。