阴极M-NC氧还原催化剂的研究进展
PEMFC全车况性能衰减的研究进展_王诚
CN 11-5904/U J Automotive Safety and Energy, 2016, Vol. 7 No. 186—93 PEMFC全车况性能衰减的研究进展王 诚1，黄 俊2，赵 波3，肖 宇3， 赵鹏程3，李建秋2，张剑波2（1. 清华大学核能与新能源技术研究院，北京100084；2. 全球能源互联网研究院，北京 100000；3. 清华大学汽车工程系，汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084）摘 要： 车用质子交换膜燃料电池（PEMFC）的耐久性提升，需全面系统地认识其全车况性能衰减机制。
本文调研并分析了在启停工况、零下冷启动工况、高电位工况、变载工况、大电流密度工况、杂质污染主要6种车况下的PEMFC性能衰减，归纳了在车用工况下PEMFC加速老化的实验和机理。
老化机理包括：启停工况引起阴极高电位造成催化剂碳载体腐蚀，怠速工况的产生大量自由基导致质子交换膜分解甚至形成针孔，反复变载工况引起的电位循环造成燃料电池催化剂铂颗粒粗大化和流失等。
因此，利用这些衰减机制，开发衰减应对技术，全面提升PEMFC的耐久性以及更准确的PEMFC寿命预测方法迫在眉睫。
关键词： 电动汽车；质子交换膜燃料电池（PEMFC）；车况；性能衰减中图分类号： TM 911. 4，TK 91 文献标识码： A DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2016.01.011Research progress of PEMFC degradation in full operatingmodes for electric vehicleWANG Cheng1, HUANG Jun2, ZHAO Bo3, Xiao Yu3, ZHAO Pengcheng3, LI Jianqiu2, ZHANG Jianbo2（1. Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China;2. State Grid Smart Grid Research Institute, Beijing 100000, China;3. State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China）Abstract: The durability improvement for Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) must be basedon degradations mechanisms under full operation modes of fuel cell electric vehicle, because the life time ofPEMFC has not met the targets for fuel cell vehicle commercialization. This paper makes literature investigationand analyzes for PEMFC performance degradation under main six kinds of operation modes of starting andstopping, cold start, high potential, variable load, high current density and impurity pollution with summarizingaging experimental and degradation mechanism under fuel cell vehicle modes. The main degradationmechanisms include starting and stopping mode lead to cathode high potential and catalyst carbon supporteroded, proton exchange membrane attacked by enormous radical generated under idling mode, Pt catalystparticles enlarged and washed away caused by variable load etc. Therefore, the important and urgent researchand development are to improve degradation prediction technique based on these degradation mechanisms.Keywords: electric vehicle; proton exchange membrane fuel cell (PEMFC); operating mode; performance degradation收稿日期 / Received ： 2015-10-26基金项目 / Supported by ： 由国家电网公司科技项目资助（SGRI-DL-71-14-012）第一作者 / First author ： 王诚（1974—），男（汉），四川，副教授。
非贵金属氧还原电极催化剂研究进展
文 章编号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ２ １ — ０ ０ ２ ３ — ０ ４
Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｎｏ ｎ— — Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｏ ｕｓ Ｍｅ ｔ ａ ｌ Ｃａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｏｘ ｙ ｇ ｅ ｎ Ｒｅ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
质 子交换膜 燃料 电池 （ Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ ） 作为一种能够将 化学能转 化 为 电能的能源转换装置 ，因为其高 的能量转 化效率 、低 的工作 温度 、无环 境污染 等诸 多特点 ，被 认 为未来 能够 在城 市 交通 、 能 源储存 等多个方面作为新型动力 电池得 到广泛应 用 ，因而 越 来 越 多 的受 到 国 内外 研 究 者 的 关 注 。金 属 Ｐ ｔ 因为 其 较 好 的 电催 化 活性 ，在 Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ阴极 、阳极 的 电极 催 化剂 中被 普遍 使 用 。 但 ｎ是一种贵金属 ，价格十分 昂贵 （ ２ ０ １ ２年价格为 ４ ５～ ５ ５￥ ／ ｇ ） ， 同时 ｎ 也 是 一 种 储 量 稀 少 的金 属 ，全 球 储 量 仅 约 ２ ． ８万 吨 Ｉ ２ ，因此 Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ中使用 大量 的 Ｐ ｔ ，必然导 致 Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ制 造
陈孟楠 ， 刘 姝
４ ０ １ １ ２ ０ ）
（ 重 庆工 业职 业技 术 学院 ，重庆
摘 要 ：质子交换膜燃料电池（ Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ ） 中普遍使用 Ｐ ｔ 作为阴极电催化剂，但由于 Ｐ ｔ 价格昂贵、储量稀少， Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ中使用
大量 的 Ｐ ｔ ，必 然 导 致 Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ制 造 成 本 的上 升 。 因此 ，寻找 一 种 能够 部 分 或 者 完 全 达 到 Ｐ ｔ 催 化 效 果 的非 贵 金 属 催 化 剂 ，成 为 一 种
浅谈燃料电池阴极氧还原催化剂的研究进展
浅谈燃料电池阴极氧还原催化剂的研究进展一、催化剂的基本原理燃料电池是一种通过将化学能转换为电能的装置，其中氧还原反应是其核心反应之一。
在燃料电池的阴极上，氧气分子在催化剂的作用下发生还原反应，释放出电子并结合质子生成水。
在传统的燃料电池中，常用的阴极氧还原催化剂是铂和其合金材料。
铂等贵金属催化剂价格昂贵，资源有限，因此燃料电池阴极氧还原催化剂的研究主要集中在寻找替代材料或构筑新型结构的催化剂上。
二、研究现状近年来，燃料电池阴极氧还原催化剂的研究取得了一系列重要进展。
一方面，通过掺杂、合金化、复合等方法，已经成功地制备出了一系列具有良好氧还原活性和稳定性的非贵金属催化剂。
铁、镍、钴基催化剂及其氧化物等，在氧还原反应中表现出良好的催化性能。
碳材料也常用作载体，通过调控碳材料的晶相结构、孔径大小和表面性质，能够显著提高催化剂的活性。
纳米技术的发展为燃料电池阴极氧还原催化剂的研究提供了新的思路和方法。
纳米催化剂具有较大的比表面积和较短的传质路径，能够显著提高催化剂的活性和稳定性。
纳米颗粒、纳米线、纳米孔等纳米结构的催化剂，具有优异的氧还原活性和电化学性能。
通过调控催化剂的形貌、尺寸和晶相等因素，还能够进一步提高催化剂的性能。
三、未来发展趋势燃料电池阴极氧还原催化剂的研究虽然取得了一系列重要进展，但依然面临着许多挑战。
一方面，大部分非贵金属催化剂的活性和稳定性仍然不及铂基催化剂，因此需要进一步提高非贵金属催化剂的性能。
非贵金属催化剂的制备成本也需要进一步降低，以满足实际应用的需求。
纳米催化剂的合成和表征技术还有待进一步完善，以有效控制催化剂的形貌、尺寸和晶相等因素。
对于燃料电池阴极氧还原催化剂的实际应用也需要进一步研究，包括催化剂的耐久性、毒物耐受性、水和二氧化碳的耐受性等。
燃料电池阴极氧还原催化剂的研究进展是一个长期而艰巨的任务，但随着材料科学和纳米技术的不断发展，相信燃料电池阴极氧还原催化剂会迎来更加广阔的发展前景。
微生物燃料电池研究进展
微生物燃料电池研究进展何建瑜;刘雪珠;陶诗;王世来;王健鑫【摘要】The basic principle of microbial fuel cell ( MFC) was introduced, the impact factors of MFC were analyzed from the structure of cell, electricigens and the electrode, finally, the development trends were analyzed and forecasted.%首先介绍了微生物燃料电池的基本原理,然后从电池结构、产电微生物、电极等方面分析影响电池性能的各参数之间的关系,最后对其发展趋势进行分析和展望.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P785-788,793)【关键词】微生物燃料电池;产电;新能源【作者】何建瑜;刘雪珠;陶诗;王世来;王健鑫【作者单位】浙江海洋学院海洋生物资源与分子工程实验室,浙江舟山316000;浙江海洋学院海洋生物资源与分子工程实验室,浙江舟山316000;浙江海洋学院海洋生物资源与分子工程实验室,浙江舟山316000;浙江海洋学院海洋生物资源与分子工程实验室,浙江舟山316000;浙江海洋学院海洋生物资源与分子工程实验室,浙江舟山316000【正文语种】中文【中图分类】S181.3随着社会的不断发展，人类对能源的需求愈发强烈，为了更好地解决能源短缺问题，开发新型、无污染、高效的清洁能源，人们把目光投向了微生物，由此开发出微生物燃料电池（Microbial fuel cells，MFCs）［1］。
MFCs是一种利用产电微生物整体作为催化剂，将化学能直接转化为电能的装置，是微生物与电池技术相结合和发展的产物［2－3］。
随着研究不断深入，相继有多种微生物菌株被发现有电化学活性，大大拓展了微生物燃料电池的应用领域。
M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用
M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用白立俊;王许云;何海波;郭庆杰【摘要】以聚苯胺和硝酸盐为前驱体,采用热处理法制备了M-N-C (M=Fe,Co)材料,并将其作为厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)阴极催化剂.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对催化剂进行晶型结构和表面形貌的表征.采用循环伏安法(Cv)对催化剂的电化学性能进行考察,并应用于AFBMFC,考察了其对电池产电性能的影响.结果表明,使用Fe-N-C催化剂的微生物燃料电池稳定运行时,开路电压达到636.0 mV,功率密度达到166.82 mW ·m-2,比使用Pt/C 催化剂的微生物燃料电池的功率密度提高10％.表明Fe-N-C催化剂用做微生物燃料电池阴极催化剂具有潜在的应用前景.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2014(065)004【总页数】6页(P1267-1272)【关键词】燃料电池;空气阴极;催化剂;产电特性;功率密度;制备【作者】白立俊;王许云;何海波;郭庆杰【作者单位】青岛科技大学化工学院,清洁化工过程山东省高校重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,清洁化工过程山东省高校重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,清洁化工过程山东省高校重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,清洁化工过程山东省高校重点实验室,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】O646;X382;X703微生物燃料电池（MFC）是以微生物为催化剂，将化学能转化为电能的绿色能源技术。
该技术在降解废水有机质的同时产生电能，具有原料广泛、生物相容性好的特点[1]。
对于单室微生物燃料电池阴极氧的还原，铂碳催化剂[2]和基于铂的合金催化剂[3-4]一直被认为是良好的电催化剂。
然而贵金属铂价格昂贵不可再生，并且 Pt/C催化剂极易中毒，限制了其规模化应用。
制备方法对Mn-Ce/TiO2催化剂低温选择性催化还原活性的影响
平板玻璃工业窑炉烟气中低温 <:;脱硝中试研究 唐志雄"岑超平"陈雄波"陈定盛"曾文豪8%/ 乙醇汽油对减少机动车污染排放的机理研究与分析 苏会波"林海龙"李"凡"靖苏铜"王"伟8#. 气固两相流在转运站系统除尘中的应用 蒋"权"李小博"付衡业"孟文俊8.$ 凹土负载催化剂对模拟烟气中单质汞的吸附 石莹莹"张强华"王海龙"陈"静"冯良东"蒋金龙8.& 铁氧化物多孔陶粒生物滴滤塔净化硫化氢气体 张雄军"彭书传"朱承驻"李"杰"王佩佩"滕"飞8-% 钒基活化液增活 D# )& 6J). 6B7). (IK)# 催化剂的实验研究
环境监测与评价
- 种重金属离子对间接火焰原子吸收光谱法测定铝的干扰 李"川"巢文军"戴玄吏!**
环境生物技术
;)浓水6废水联合培养小球藻的实验研究 赵"璐">MN53?I3??@"党小虎"宋世杰"李"楠!/% 耐受重金属的芘降解真菌的筛选及芘降解动力学研究 段燕青"岳秀萍"白凡玉"张"潇!// 异养硝化6好氧反硝化菌粪产碱杆菌的脱氮特性 方海洋"王"智"李建华"王育来!8. 异养硝化6好氧反硝化菌 'O+6-# 的脱氮特性 刘天琪"金若菲"周集体"黄剑宇!8!
朱艳芳"刘宏波"马惠君"田"悦"黄"帅"符"波"刘"和*8/ 曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响 陶中兰"邢世禄"李春丽"邱广明"田"瑞*!# 厌氧硫酸盐还原6氨氧化的研究 刘福鑫"黄"勇"袁"怡"李"祥"张春蕾"张"丽*!! 腐殖酸修饰凹凸棒对 C DE 的吸附性能及机理 蒋海燕"张"伟"周书葵"段"毅/$& 柿粉树脂的制备及其吸附 :2# F和 9G# F的效应 谢"枫"樊睿怡"张青林"郭大勇"罗正荣/%% 厨余发酵液作为反硝化碳源的规律研究 程"?"王晓昌"张永梅"李玉友"郝"昊/%! 低 :(+比条件下曝气生物滤池深度脱氮 常会庆"郭大勇"王"浩/#& 碳源投加方式对 <>;工艺脱氮速率的影响 张兰河"丘晓春"张"宇"庞香蕊"刘鹤楠 /.% 高含硫废水中硫的受限氧化过程及影响因素研究
氢燃料电池高性能催化剂研究进展
氢燃料电池高性能催化剂研究进展
闫珂
【期刊名称】《中国资源综合利用》
【年(卷),期】2024(42)4
【摘要】氢燃料电池是高效、清洁的能源利用转化装置,目前,氢燃料电池使用的催化剂多是碳载铂催化剂或碳载铂基合金催化剂。
这类催化剂的价格较高,在使用过程中,催化氧还原反应的活性逐渐衰减,因此必须寻找活性更高、稳定性更强的低铂催化剂。
本文结合氢燃料电池中常见的氧还原反应催化剂,综述铂基催化剂制备方法的研究进展,指出铂基催化剂实现低成本与高性能的重点技术问题,以期为研发与制备氢燃料电池的高性能低成本催化剂提供新思路。
【总页数】6页(P129-133)
【作者】闫珂
【作者单位】江苏北矿金属循环利用科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】X734
【相关文献】
1.氢燃料电池阴极氧还原非金属催化剂研究进展
2.国内成功研发出系列高性能铂基氢燃料电池催化剂
3.氢燃料电池阴极催化剂研究进展
4.单原子催化剂在氢燃料电池阴极氧还原反应中的研究进展
5.氢燃料电池阳极抗一氧化碳毒化催化剂的研究进展与展望
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氧还原催化剂
• 从催化剂寿命等实际应用角度考虑, 最常用的载体仍为炭 黑材料, 包括乙炔黑(BET 表面积：~50 m2/g), Vulcan XC72 (BET 表面积: ~250 m2/g), KETJEN 黑(BET 表面积： ~1000m2/g)。以上这三种炭材料均有很好的导电性能, 但 它们比表面积相差较大, 表面形态也有很大差异。
• 另一类氧分子首先得到两个电子还原为 H2O2 （酸性电解质）或 HO2-（碱性电解质），然后 再进一步还原成水，该过程常被称为“二电子反 应途径”。
[1] Xie X. Y., Ma Z. F., Wu X., Ren Q. Z., Yuan X., Jiang Q. Z., and Hu L., Preparation and electrochemical characteristics of CoTMPP-TiO2 NT/BP composite electrocatalyst for oxygen reduction reaction[J]. Electrochim. Acta, 2007, 52(5): 20912096.
• 其中在酸性介质中,Pt是所有单质金属中最好的氧还原催化 剂。对于元素周期表左边的金属,其d轨道电子数较少,通常 易与氧气形成氧化物,因此氧还原活性较低。而对于币族 金属以及Zn、Cd、Hg,由于其d轨道为全充满,因此与氧分 子作用较弱,很难打断0-0键,氧还原活性也较低。对Pt族金 属,其与0的键能(Pt-0)既不是很强,也不是很弱,这样即能打 断0-0键,同时还能让表面吸附的氧物种继续进行后续反应, 还原为水。这一规律,与在固/气异相催化体系建立的 Sabatier原理完全一致[2][3][4]。
阴离子膜直接甲醇燃料电池阴极氧电还原研究
作者简介： 王东青 ， ，９６年出生 ，９８年毕业于南京理工大学化学 女 １６ １８ 工程系环境监测专业 ， 工程师 ， 现主要从事化学分析方面的研究工作。
＊ 通 讯 联 系人 。
２ 碱 性 条件 下 氧 电催化 还 原反 应 历 程及 机 理
在 各种 类 型 的燃 料 电池 系 统 中 ， 阴极 反 应 几乎
主要 原 因一 是 阳极 电催 化 剂 活 性 低 ； 是 “ 二 甲醇 渗
（） ３
透” 问题严重。甲醇从 阳极穿过电解质膜渗透到阴 极 ， 阴极 氧 电还 原 和 甲醇 电氧 化 同 时发 生 ， 生 使 产 “ 混合电位”严重降低 了电池的输 出功率和 甲醇利 ， 用率。据文献报道 ， 甲醇渗透可导致大约 １ ３ ／ 的有
蓦 意震辩豫 蔓 誊 ≥；
阴离子 膜 直 接 甲醇 燃 料 电池 阴极 氧 电还 原 研 究
王 东青 程 变 萍２ ，
（． １ 山西 税 务 大 厦 ， 西 太原 山 ０００ ；． 阳化工厂 ， ３０ ２２ 江 山西 太 原 ００４ ） ３ ０ １
摘要 ： 阴离子膜直接 甲醇燃料电池（ ，Ｄ ２ 采用碱性体 系， Ａ Ｉ Ｍ￣ ） — 阴阳极反 应环境优越 ， 反应过 电位 较低 ， 电渗析与 甲醇渗透 方向相 反 ， 甲醇进入 阴极 的速率较小 ， 电池功率 密度 和发 电效率 明显高于
３ ２ Ｐ 基合金 催化 剂 ． ｔ
氧 的阴极 还 原 反应 机 理 可概 括 为 两 类 ： 是 氧 一
质子膜直接 甲醇燃料电池（ Ｅ Ｄ Ｃ） Ｐ Ｍ— ＭＦ 。碱性条件下 ， 阴极氧还原电催 化材料的研究 和应用多集 中于 Ｐ ／ ｔＣ和 Ａ ／ ， ｇ Ｃ 因其 活性和抗 甲醇性不 足 ， 应过 电位较 高 ， Ｍ－ ＭＦ 反 ＡＥ Ｄ Ｃ的优势并 未得 到充
电池用氧电极催化剂的研究现状
收稿日期:2002206210 作者简介:黄庆华(1977—),男,河北省人,硕士研究生,研究方向为高能化学电源。
Biography :HUAN G Qing 2hua (1977—),male ,candidate for mas 2ter.电池用氧电极催化剂的研究现状黄庆华, 李振亚, 王 为(天津大学化工学院,天津300072)摘要:氧电极催化剂一直是金属空气电池和燃料电池领域研究的热点。
综述了电池用氧电极电催化剂的研究进展,包括贵金属催化剂(铂、铂合金和银)、钙钛矿型氧化物催化剂、金属有机螯合物催化剂和其它催化剂,认为MnO 2电催化剂与上述催化剂相比,最大的优势在于价格低廉,具有非常广阔的应用前景。
并对氧电极催化剂的研究进行了展望,认为寻找廉价、高效的催化剂已成为提高氧电极性能的关键。
这个问题一旦解决,必将大大推动金属空气电池和燃料电池的发展。
关键词:电池;氧电极;电催化剂;氧还原中图分类号:TM 911.4 文献标识码:A 文章编号:10022087X (2003)增20241204State 2of 2art of re search on electrocatalyst for oxygen electrode in batteryHUAN G Qing 2hua ,L I Zhen 2ya ,WAN G Wei(School of Chemical Engi neeri ng and Technology ,Tianji n U niversity ,Tianji n 300072,Chi na )Abstract :Electrocatalyst for oxygen electrode is the focal point of study on metal 2air cell and fuel cell.The progress and state 2of 2art of the research on electrocatalyst of oxygen electrode for batteries ,including noble metalcatalysts (platinum ,platinum 2based alloy and silver ),perovskite oxides catalysts ,organometallic chelae cata 2lysts and other new catalysts for oxygen reduction ,are reviewed.MnO 2is considered to be the cheapest electro 2catalyst with broad application prospect compared with the above electrocatalysts.The development of the elec 2trocatalyst for oxygen electrode is also prospected and the conclusion is that seeking the catalyst with low cost and high efficiency is the key factor to improve the performance of oxygen electrode and to accelerate the devel 2opment of metal 2air cell and fuel cell.K ey w ords :battery ;oxygen electrode ;electrocatalyst ;oxygen reduction 随着石油资源的枯竭,原油价格上升,环境污染日益严重,燃料电池和金属空气电池的发展在国际上引起广泛重视。
湿地型生物燃料电池(CW-MFC)研究进展
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S87?I,’ " ID]O0% " S87?I,*% " S87?Q0*4JHG2.’ !’:NHG..3.X)*0-4VNH,0*H02*Y )*4,*00-,*4" Q2-W,* D*[1,1O10.X\0HG*.3.4V" Q2-W,* ’=&&&’" AG,*2# %:)*+,-.*/0*123NH,0*H02*Y )*4,*00-,*4A.33040" BH02* T*,+0-[,1V.XAG,*2" n,*4Y2.%""&&&" A气或硝酸盐 氮$ 反应 生成水 或氮气"完成如式!’ $ (式!$ $ 的电极反应 +’&J’’, &
物#植物生长/微生物群落与产电效能密切相关"其获 得的最大功率密度为 "< /SE/% "但 根 际 分 泌 的 有 机
阳极主反应% A" Q’% B" k" Q% B2 " AB% k%$ Qk k%$ 0L !’ $
物浓度和总量 限 制 了 MafA型 燃 料 电 池 产 电 效 能 的 提高& R2Y2++$, 第 ’ 个提出利用污水中的有机质为阳 极厌氧菌提供有机质"并将 AS 与 afA整合"处理 污 水同步 回 收 电 能" 形 成 了 ASJafA的 雏 形" 其 利 用 ASJafA处理染料废水可产生电能为 ’=:<! /SE/% #但 是位于阳极区的湿地植物根际泌氧"影响了阳极厌氧 菌的活性"产电能 力 并 没 有 大 幅 提 高& I,O+’&, 指 出 湿 地植 物 的 根 系 位 于 阴 极 区 的 ASJafA产 电 效 率 更 高"且在研究+", 中对比了湿地植物根系的位置"指出
碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展
碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展王启晨;王璟;雷永鹏;陈志彦;宋垚;罗世彬【摘要】燃料电池和金属-空气电池是将化学能直接转化成电能的绿色电池,具有能量密度高、安全和环保等优点,相比传统能源具有独特优势.然而,目前阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)使用的贵金属铂(Pt)储量低,成本高,易中毒失活,严重限制了燃料电池的大规模应用.因此,开发廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂成为研究热点.碳纳米管具有本征sp2杂化结构、优异的导电性、高比表面积、良好的化学稳定性等突出优点,受到广泛关注.本文综述了碳纳米管基非贵金属ORR 催化剂的最新进展,主要包括非金属掺杂、过渡金属-氮-碳纳米管、负载过渡金属及其衍生物(氧化物、碳化物、氮化物、硫化物等)、负载单原子、与其他碳材料(石墨烯、多孔碳、碳纳米纤维)复合以及碳纳米管基自支撑电极.最后,对碳纳米管基非贵金属ORR催化剂的研究前景和下一步研究方向进行了展望.%Fuel cell and metal-air batteries are green batteries which directly convert chemical energy into electricity,possessing important merits compared to the traditional energy,examples of high energy density,safety and environmental benignity.However,the low reserves,high cost,easy poisoning and deactivation of precious metal platinum (Pt) used in cathodic oxygen reduction reactions (ORR) have severely limited the development of the fuel cell in large-scale.Therefore,the research on development of cheap,efficient and stable non-precious metal catalyst has become a hotspot.Carbon nanotubes (CNTs),owning to the outstanding feature such as the intrisic sp2 hybrid structure,excellent conductivity,highspecific surface area,good chemical stability,etc,have received wide attentions.Firstly,the recent progress in the noble-metal-free CNTs-based ORR catalysts were summarized,mainly including non-metal element doping,transition metal-nitrogen-CNTs,CNTs supported transition metals and their derivations (oxides,carbides,nitrides,sulfides,etc),CNTs supported single atoms,composited with other carbon materials (graphene,porous carbon,carbon nanofibers) and self-standing electrodes based on CNTs.Finally,the prospect and the future research direction of CNTs-based ORR catalysts are also discussed.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2018(034)005【总页数】16页(P807-822)【关键词】碳纳米管;燃料电池;氧还原;非贵金属催化剂;复合;单原子【作者】王启晨;王璟;雷永鹏;陈志彦;宋垚;罗世彬【作者单位】中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙410083;武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,武汉 430081;高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室,上海 200050;国防科技大学理学院,长沙410073;中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙 410083;国防科技大学基础教育学院,长沙 410073;中南林业科技大学材料科学与工程学院,长沙 410004;中南林业科技大学材料科学与工程学院,长沙 410004;中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】O6460 引言面对日益严重的能源危机和环境污染等一系列问题，迫切需要发展新型清洁、高效、安全的能源，这已成为全世界范围的共识。
《基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究》范文
《基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究》篇一一、引言随着能源需求的日益增长和传统能源的日益枯竭，寻找可持续的清洁能源成为了科学研究的热点。
直接甲醇燃料电池（DMFC）以其高能量密度、操作方便和环保性等特点，被认为是一种极具潜力的新型能源。
然而，DMFC的商业化应用仍面临诸多挑战，其中之一就是阴极催化剂的效率问题。
近年来，基于氧化锰的催化剂因其良好的催化性能和低成本，成为了DMFC阴极催化剂研究的热点。
本文将围绕基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂展开研究。
二、氧化锰阴极催化剂的研究背景氧化锰因其具有较高的电导率、良好的化学稳定性和环境友好性，被广泛用于DMFC阴极催化剂。
其催化性能主要源于其能够有效地促进氧还原反应（ORR），这是DMFC阴极的主要反应过程。
然而，氧化锰催化剂在催化过程中仍存在一些问题，如活性较低、易中毒等，这些问题限制了其在实际应用中的性能。
三、研究方法针对上述问题，本文采用不同的制备方法，制备了多种形态的氧化锰催化剂，并对其进行了性能研究。
首先，我们通过溶胶凝胶法、水热法等不同的合成方法，制备了纳米级氧化锰催化剂。
其次，我们通过改变合成条件，如pH值、温度、时间等，来调整催化剂的形态和结构。
最后，我们利用电化学工作站等设备，对制备的催化剂进行了电化学性能测试。
四、实验结果与讨论1. 催化剂的制备与表征我们通过不同的合成方法成功制备了多种形态的氧化锰催化剂。
通过XRD、SEM等手段对催化剂进行了表征，结果表明，不同制备方法得到的氧化锰催化剂具有不同的晶体结构和形貌。
2. 催化剂的电化学性能通过电化学工作站测试发现，我们的氧化锰催化剂具有良好的电催化活性。
在氧还原反应中，氧化锰能够有效降低反应活化能，提高反应速率。
此外，我们的催化剂还具有良好的稳定性和耐久性，能够在长时间运行中保持良好的性能。
3. 催化剂的活性与结构关系我们发现，催化剂的形态和结构对其电化学性能有着重要影响。
质子交换膜燃料电池中氧还原反应抗毒性电催化剂研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 9 期质子交换膜燃料电池中氧还原反应抗毒性电催化剂研究进展张启，赵红，荣峻峰（中国石化石油化工科学研究院有限公司，北京 100083）摘要：在质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell ，PEMFC ）中，出于成本和实用性等方面的考虑，氧还原反应所需氧气基本都来自于空气。
而空气中存在的污染物，如SO 2、NO 2等都会导致阴极Pt 催化剂中毒。
因此，提高催化剂的抗毒性就成为推动PEMFC 规模化实际应用的关键问题之一。
本文介绍了PEMFC 氧还原催化剂抗毒性的研究进展，并分析其抗中毒机理。
目前，抗毒性阴极催化剂已取得一定的突破，其主要可分为铂基改性催化剂、非贵金属催化剂和非金属碳基催化剂，通过抑制毒化物与铂之间的电子作用、增强溢出效应、锚定金属原子、引入杂原子（如氮、磷）、采用不易中毒的金属等方式可增强催化剂的抗毒性。
与此同时，抗毒性催化剂也面临一定的问题，如催化剂导电性下降、活性降低、制备复杂等。
如何在保持催化剂活性和稳定性的同时，开发出具有良好抗毒性的催化剂已成为研究人员的重点研究方向。
关键词：燃料电池；催化剂；抗毒性；氧还原中图分类号：TK91；TQ426 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）09-4677-15Research progress of anti -toxicity electrocatalysts for oxygen reductionreaction in PEMFCZHANG Qi ，ZHAO Hong ，RONG Junfeng(SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing Co., Ltd., Beijing 100083, China)Abstract: In proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), for the sake of cost and practicality, the oxygen required for oxygen reduction reaction is basically from air. However, the pollutants in the air, such as SO 2 and NO 2, will lead to the poisoning of Pt catalyst. Therefore, improving the anti -toxicity of the catalyst has become one of the key issues to promote the large-scale application of PEMFC. The research progresses in the development of anti -toxicity catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and the anti -toxicity mechanism were introduced in this paper. At present, many ORR catalysts has been developed, mainly including platinum-based catalysts, non-noble metal catalysts and carbon-based catalysts. Their anti -toxicity could be improved mainly by inhibiting the electronic interaction between poisonous substance and catalyst, enhancing the spillover effects, reducing the oxidation potential of poisonous substance, introducing heteroatom (such as nitrogen, phosphorus), etc . At the same time, it is faced with some problems, such as the decrease of catalyst conductivity and activity and the complex preparation procedure. How to develop a catalyst with good anti -toxicity while maintaining its activity and stability has become a key research direction.Keywords: fuel cells; electrocatalyst; anti -toxicity; oxygen reduction reaction综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2004收稿日期：2022-10-27；修改稿日期：2023-01-20。
氧还原催化剂的制备及电化学性能的研究
氧还原催化剂的制备及电化学性能的研究摘要：随着环境问题越来越引起人们的关注，环境保护已成为可持续发展的核心。
全球都致力于研究高效节能环保的新型能源。
燃料电池是一种可以高效地将燃料和氧化剂转化为电能的发电装置。
世界经济和科技的日益发展离不开能源。
随着现代社会在工业、农业、科技、信息技术等各个方面的飞速发展，石油、天然气、煤等不可再生的常规能源消耗已经日渐殆尽，同时常规能源使用排放的有毒有害物质引发的环境问题、生态问题也随之加剧。
因此，幵发新能源、环保能源具有重大深远的意义，势必成为当今科研的主流趋势。
本文就氧还原催化剂的制备及电化学性能进行分析与研究关键词：氧还原催化剂；制备；电化学性能引言氧还原反应是众多新型电池正极电极所发生的过程。
促进其反应过程一直以来是电化学领域研究的侧重方向，故而开发和研究氧还原催化剂性能的工作显现出极高的科研价值和应用价值。
做为众多电化学工作者的研究热点，电催化氧还原技术具备广泛的应用范围，长期以来，由于电化学催化氧还原技术在燃料电池、微生物燃料电池、高级电氧化技术、水处理等方面越来越多的应用，使化学修饰电极电催化领域得到普遍关注。
催化剂在电极表面的氧还原反应中起到了非常重要的作用，制备一种高性能、低成本、对环境友好的催化剂是非常有价值的。
一、氧还原反应在氧还原电极上，氧发生的还原反应是个复杂的过程，氧还原反应涉及4个电子及2～4个质子的转移，和0-0键的断裂，由于其复杂性，可以写出各种各样的反应机理。
通常，依照中间产物过氧化氢（H2O2)的生成与否，其历程主要包括两类：1.直接四电子反应途径：此类途径并没有可检测的过氧化氢。
0-0键在吸附氧分子时断裂变为吸附氧原子MO，在酸性溶液中，氧分子持续得到四个电子还原为H2O，在碱性溶液中，还原为OH-。
在酸性介质中：02+4H++4e →2H20, E=1.229V在碱性介质中：02+2H20+4e →40H，E=0.401V2.间接二电子反应途径：在碱性溶液中，碳、石墨、金、汞等电极上02还原主要是此途径，其过程有中间产物过氧化氢生成，在氧分子吸附时先得到两电子还原为H202或H02，0-0键并不断裂，并没有催化剂时再还原为H20，或者存在催化剂情况下被催化剂分解。
北京科技大学氧还原课题组
北京科技大学氧还原课题组
金属大环化合物基氧还原电催化剂的研究进展
纵观历史，人类文明的每一个重大进步都伴随着能源的更新换代。
由于在工业革命期间化石燃料的迅速消耗，人类目前面临的能源问题比往日都更加严峻和复杂。
有限的不可再生能源资源的消耗以及日趋严重的环境污染促使研究人员将注意力转移至清洁和可持续能源上。
燃料电池和金属空气电池由于零污染、效率高，在可持续能源技术中具有广阔的应用潜力。
然而，为克服氧还原反应（ORR）的缓慢动力
学必须使用昂贵且稀缺的Pt基材料作为阴极催化剂，这极大的限制
了它们的发展。
近年来，与生物体内天然ORR催化剂具有相似结构的金属大环配合物（MMC）已被作为Pt基ORR催化剂的替代品而被广泛研究。
发展廉价高活性的非贵金属氧还原反应（ORR）催化剂是实现燃
料电池商业应用关键途径之一。
金属大环化合物（卟啉，酞菁和咔咯等）由于其独特的平面结构、高共轭和富氧化还原的化学性质而获得了较高的关注度，成为铂基氧还原催化剂的优良替代品。
本文综述了近年来金属大环化合物基氧还原催化剂的发展与研究成果，从热解型金属大环化合物基催化剂和非热解型金属大环化合物基催化剂两个
角度入手，着重探讨了金属大环化合物基氧还原催化剂的设计和制备，并分析讨论了金属大环化合物基催化剂目前面临的挑战和发展趋势，对于制备高活性和稳定性的金属大环化合物基氧还原催化剂具有一
定的借鉴和指导意义。
单原子阴极氧还原催化剂
单原子阴极氧还原催化剂
单原子阴极氧还原催化剂是一种高效的电催化剂，用于加速氧还原反应(ORR)。
这种催化剂利用单原子的高活性位点，显菩提高了催化性能。
单原子催化剂因其独特的电子结构和最大的原子利用率而受到广泛关注，并表现出高效的催化活性。
在制备单原子阴极氧还原催化剂时，通常采用高温还原策略，在氮掺杂碳(NC) 载体上成功制备出-种非金属5e单原子。
这种催化剂的形成过程包括二氧化硒在高温下首先被NC还原为硒，并部分锚定构成C-Se-C键。
所制备出的单原子Se催化剂表现出优异的ORR活性和稳定性，甚至超过目前最先进的贵金属催化剂和许多此前报导的其它纳米催化剂。
此外。
为了实现快速电荷转移和传质，需要开发能够同时实现快速电荷转移和传质的高效ORR催化剂。
其中，三相界面微环境控制著物质(反应气体、水和氢氧根离子)的扩散和电子的转移，因此，台理的催化剂设计(如亲水多孔的空心碳纳米笼)可以调节三相界面微环境，从而提高催化剂的催化性能，促进电极反应过程。
总的来说，单原子阴极氧还原催化剂是一种具有广阔应用前景的高效电催化剂。
未来随着对其作用机理的深入了解和制备方法的持续优化，有望进一步提升其催化性能和降低成本，为氧还原反应的实际应用提供更好的解决方案。
石墨烯在氧还原反应催化剂中应用的研究进展
The Research Progress of Application of Graphene to Catalysts for Oxygen Reduction Reaction
作者： 赵东江
作者机构： 绥化学院,黑龙江绥化152061
出版物刊名： 绥化学院学报
页码： 153-160页
年卷期： 2013年 第9期
主题词： 石墨烯;催化剂;栽体;氧还原反应
摘要：石墨烯是一种由单原子层构成的新型二维碳材料，具有独特的结构和性能，已经在物理、化学、材料等领域广泛应用。
简要介绍了石墨烯的结构特征和物理性能，综述了石墨烯作为燃料电池阴极Pt基和非Pt基催化剂载体以及氮掺杂石墨烯催化剂的研究进展，提出了石墨烯作为氧还原催化剂载体和非金属催化剂的发展趋势。
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（1）热处理温度对M-N/C催化剂性能的影响
有关热处理温度的影响我们也已经做了大量的实验探究，但到目前为止都没有得出一个统一的结论。不过，适宜的热处理温度有利于提高催化剂的整体性能是我们有目共识的。且在惰性气体中的不同热处理温度下会产生不同的活性位，在不同程度上影响了催化剂的性能。目前，大多数研究者认同的活性位是M-N4和M-N2结构。
前言
由于过度使用传统化石燃料带来严重的环境污染，气候变化和能源危机，人们越来越认识到未来可持续社会发展的重要性。燃料电池作为能够直接 将燃料化学能转化为电能的能量转换装置，在可持续能源利用中具有重要地位。其中，又由于质子交换膜燃料电池具有高能量密度、可在室温下快速启动、无电解液流失、寿命长等突出特点，在移动电源、汽车动力装置、以及发电厂具有着宽阔的的应用前景。
在大环化合物催化剂中，中心金属离子对化合物的氧还原活性与性能有着很大的影响。由于以Fe、Co为中心离子的化合物都表现出非常好的电催化性能。所以这两种特殊类型的金属大环化合物早已被大量的研究。研究发现，大多数Co基化合物（如CoPc）对氧还原的催化反应是生 成双氧水的2电子反应过程，而Fe基化合物的则倾向于是4电子反应直接生成水的催化过程[6]。除此之外，螯合物外环上的取代官能团以及离 子配位的相互作用对这些大环化合物的氧还原活性也起着至关重要的作用[7]。Baker等人就研究发现：不同的取代基团对过渡金属大环化合物的氧还原活性与稳定性以及氧还原反应机理有着非常重要的影响[7]。一些观点认为是大环化合物在碳载体上的吸附模式受到了取代基的影响，从而导致催化剂的氧还原活性受到影响；另一种解释是取代基团改变了中心离子和环上的电子云密度，从而改变了大环化合物的催化性能。
在众多非贵金属催化剂中，M-N/C化合物（M主要为Fe、Co）因其具有可观的氧还原催化活性、低成本、寿命长、环境 友好等特点，被认为是最具潜力取代铂基催化剂的非贵金属阴极催化剂之一。目前，非贵金属M-N/C催化剂在活性和性能方面的研究已经取得了很大的进展[1]。其中含Fe、Co的M-N/C类催化剂的性能几乎接近Pt/C催化剂[2]。但是，该类催化剂在酸性环境中的稳定性较差[3]，依然达不到实际的使用目标。所以我们还有一段很长的探究之路要走。为了更加方便、有效的进行此类催化剂的科学研究，下面我们将对M-N/C类氧还催化剂的类型、来源进行相关研究工作的归类与综述。
1.金属大环化合物M-N/C催化剂的研究进展
早在20世纪60年代，Jasinski等科研发现酞菁钴在碱性溶液中有优异的氧还原性能[4]。之后，越来越多的研究人员发现具有氧还原性能的M-N4大环化合物在酸性和碱性环境中都有较好的实验表现[5]。但这些没经加热处理的金属大环化合物催化活性和稳定性都非常差，不能直接的用于实际燃料电池中。尽管如此，相比之下使用没经过热处理过程的大环化合物作为催化剂还是有着比较明显的优势。因为未经热处理的催化剂其结构受到保护，未被破坏、发生改变，从而使我们发现催化剂的氧还原活性及稳定性与催化剂结构之间的关系。
总的来说，M-N/C金属大环化合物的氧还原活性与稳定性都很一般，并且合成过程复杂且价格较昂贵。但是这类催化剂由于未经过高温热解，原来的结构为遭破坏，为我们研究催化剂的氧还原电催化性能与氧还原反应机理提供了一个非常好的模型，也为我们未来设计合成廉价的高活性、高稳定性的氧还原催化剂提供了重要的参考。
2.金属非大环化合物M-N/C催化剂的研究进展
1970年有研究者发现将大环化合物在惰性气体环境中进行高温热处理，可大幅度提高催化剂的氧还原性能和稳定性[10]。随后，Yeager等又利用金属前驱体、含氮有机物和炭黑的混合物来取代M-N4大环化合物，在惰性气体中高温热处理之后，制得氧还原催化性能较好的M-N/C催化剂[11,12]。这些含有碳材料，含氮化合物和过渡金属前驱体的非大环催化剂的制备必须经过高温热处理过程。其氧还原性能与过渡金属、含氮前驱体、碳载体、热解温度、热解气体以及热解时间有着密切的联系。在过去的几十年里，我们在这些影响因素方面的研究也已经取得了很大进展。
通过查阅资料可以发现燃料电池的电压损失主要来气极上。现在的燃料电池多以铂作为催化剂的主要部分，但是众所周知铂的价格高昂且储量有限，因此改善电极结构以减少Pt负载，通过使用催化剂稳定性提高Pt基阴极氧还原（ORR），减少燃料电池的成本问题。然而，能治标治本的解决此类问题的出路是开发出一种低成本，拥有丰富资源的非贵金属氧还原催化剂来替代铂催化剂。
由图所示的膜电极，我们可以看出质子交换膜氢-氧燃料电池的工作原理。当电池工作时，它向阴极供应燃料（氢气）同时向正电源供应氧化剂（氧气或空气）。 氢被阳极催化剂释放，成为电解液中的正离子H+，氢离子进入电解液（膜）中；而电子通过外部电路向正极移动，因此产生电流。在正极（阴极）上，氧气被催化得到电子，之后与H+反应生成水。只要通过连接多个膜电极，且持续不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，此装置就可以持续发电。