燃料电池中催化剂的电化学性能研究进展
燃料电池系统的催化剂研究与应用
燃料电池系统的催化剂研究与应用燃料电池（Fuel Cell）是一种通过将燃料（氢气、甲醇等）和空气中的氧气在催化剂的帮助下反应产生电能的电池。
随着环保理念的普及以及节能减排的趋势，燃料电池系统已经成为了未来特别是汽车行业的发展趋势之一。
而燃料电池催化剂的性能则是影响整个燃料电池系统性能的重要因素之一。
因此，本文将会从燃料电池催化剂的研究和应用两方面来论述。
一、燃料电池催化剂的研究1. 催化剂的基本性质催化剂是指具有特定化学活性的物质，在化学反应中能够有效降低活化能，促进反应速率的物质。
对于燃料电池来说，催化剂的基本性质也是如此。
目前，燃料电池催化剂的研究主要是以铂族金属及其合金为主，因此，水溶液中的酸和阴离子对铂族催化剂的氧化还原性质有重要影响。
2. 催化剂的电化学行为燃料电池催化剂的电化学行为包括氧还原反应的动力学和电催化机理两部分。
其中，氧还原反应是燃料电池能量转换的核心过程，是由于催化剂能够有效降低氧和燃料之间的反应能量而实现的。
在氧化还原过程中，大量的能量被转化为电能，因此，催化剂对于燃料电池的效率起着决定性的作用。
3. 催化剂的制备和表征方法催化剂的制备和表征方法是燃料电池催化剂研究中不可或缺的一部分。
常用的催化剂制备方法包括物理吸附法、气相沉积法、化学物质还原法、共沉淀法、化学还原法等。
而催化剂的表征主要包括X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱等。
二、燃料电池催化剂的应用1. 氢燃料电池氢燃料电池是燃料电池的一种类型，它将氢气作为燃料，由燃料电池反应产生电能。
目前，氢燃料电池已经被广泛应用于汽车和船舶等领域。
在氢燃料电池中，铂族催化剂通常被用作电极催化剂，用于促进氧还原反应并实现能量转换。
2. 甲醇燃料电池甲醇燃料电池是另一种类型的燃料电池，它将甲醇作为燃料，通过化学反应转化成电能。
与氢燃料电池相比，甲醇燃料电池具有较高的能量密度和较低的操作温度。
燃料电池材料实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解燃料电池的基本原理和结构。
2. 研究不同燃料电池材料（如催化剂、电解质等）的性能及其对燃料电池性能的影响。
3. 通过实验，验证理论知识和提高实验技能。
二、实验原理燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，其工作原理是基于氧化还原反应。
燃料电池主要由燃料电极、空气电极、电解质和隔膜组成。
在燃料电池中，氢气在燃料电极上发生氧化反应，释放电子；氧气在空气电极上发生还原反应，接受电子。
电子通过外电路流动，产生电能。
三、实验材料与设备1. 实验材料：- 氢气- 氧气- 铂催化剂- 石墨电极- 碳纤维纸- 磷酸氢二铵溶液- 银网- 隔膜- 电解质- 电池测试仪- 烧杯- 烧瓶- 移液管- 滴定管- 电子天平2. 实验设备：- 燃料电池测试装置- 数据采集系统- 真空泵- 恒温水浴- 真空干燥箱四、实验步骤1. 准备燃料电池测试装置，包括燃料电极、空气电极、电解质和隔膜。
2. 将铂催化剂涂覆在石墨电极上，形成燃料电极。
3. 将银网涂覆在碳纤维纸上，形成空气电极。
4. 将磷酸氢二铵溶液作为电解质。
5. 将燃料电池测试装置组装好，连接电池测试仪和数据采集系统。
6. 向燃料电极注入氢气，向空气电极注入氧气。
7. 开始实验，记录电池的电压、电流和功率等数据。
8. 重复实验，比较不同催化剂、电解质和隔膜对燃料电池性能的影响。
五、实验结果与分析1. 实验数据：| 实验次数 | 催化剂 | 电解质 | 隔膜 | 电压(V) | 电流(A) | 功率(W) ||----------|--------|--------|------|----------|----------|----------|| 1 | 铂 | 磷酸氢二铵 | 隔膜A | 0.6 | 0.2 | 0.12 || 2 | 钌 | 磷酸氢二铵 | 隔膜A | 0.5 | 0.3 | 0.15 || 3 | 铂 | 磷酸氢二铵 | 隔膜B | 0.7 | 0.4 | 0.28 || 4 | 钌 | 磷酸氢二铵 | 隔膜B | 0.6 | 0.25 | 0.15 |2. 结果分析：- 铂催化剂在磷酸氢二铵电解质和隔膜A的条件下，电压和功率均高于钌催化剂。
氢燃料电池催化剂的研究进展
氢燃料电池催化剂的研究进展近年来，氢燃料电池作为一种新型的绿色能源得到了越来越多的关注。
而作为氢燃料电池的核心部件之一，催化剂的研究也备受关注。
本文将对氢燃料电池催化剂的研究进展进行探讨。
一、氢燃料电池的基本原理氢燃料电池是将氢气和氧气在催化剂的作用下，直接转化成水并释放能量，无二氧化碳等有害物质的一种绿色、高效的能源转化装置。
其基本反应方程式为：H2 + 1/2O2 → H2O + ΔG其中，H2为氢气，O2为氧气，H2O为水，ΔG为自由能变化。
该反应可以通过催化剂提高反应速率，从而实现高效利用氢气。
此外，氢燃料电池分为不同的类型，包括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。
其中，质子交换膜燃料电池是应用最为广泛的一种。
二、氢燃料电池催化剂的种类催化剂是氢燃料电池中的核心部件，它可以提高反应速率，从而提高电池的功率密度和效率，同时也可以降低电池的投入成本。
根据催化剂所使用的材料，可以将氢燃料电池催化剂分为多种类型，包括贵金属催化剂、非贵金属催化剂、生物质催化剂等。
1.贵金属催化剂贵金属催化剂是应用最为广泛的一种催化剂，主要包括铂、钯、铑、钌等。
其催化剂表面具有较高的氢吸附能力，能够提高电池的电化学性能。
然而，贵金属催化剂的成本较高，且容易受到污染和氧化的影响，也限制了其在大规模工业生产中的应用。
2.非贵金属催化剂非贵金属催化剂是近年来发展起来的一种新型催化剂。
其主要成分包括氮、碳、硫等非金属元素。
非贵金属催化剂具有成本低、静电性能好、催化活性高等优点。
其中，碳基催化剂是应用最为广泛的一种。
3.生物质催化剂生物质催化剂是以生物质为原料制备的一种新型催化剂。
其具有成本低、可再生、环境友好等优点。
研究表明，生物质催化剂在催化剂活性和稳定性方面均具有良好的表现。
三、氢燃料电池催化剂的研究进展在过去的几十年中，氢燃料电池催化剂方面的研究取得了重要进展。
其中，非贵金属催化剂和生物质催化剂的研究受到了广泛关注。
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。
电化学催化技术的新发展
电化学催化技术的新发展近年来，随着能源危机的日益突出和环境问题的日益严峻，电化学催化技术作为一种高效、环保的能源转化和储存技术备受关注。
在这个领域中，新的发展正在不断涌现，为解决能源和环境问题提供了新的希望。
一、电化学催化技术的基本原理电化学催化技术是通过在电极表面引入催化剂，利用催化剂的特殊性质加速电极反应速率的一种方法。
催化剂能够在较低的温度和能量下促进电化学反应的进行，从而提高能量转化效率。
电化学催化技术广泛应用于能源转化和储存、环境治理等领域。
二、新型电化学催化剂的研究进展1. 金属有机框架材料（MOFs）催化剂金属有机框架材料是一种由金属离子与有机配体通过配位键连接形成的多孔晶体材料。
近年来，研究人员发现金属有机框架材料具有较高的比表面积和丰富的活性位点，可以作为优良的电化学催化剂。
例如，将金属有机框架材料修饰在电极表面，可以显著提高氧还原反应和氢氧化反应的催化活性。
2. 单原子催化剂传统的催化剂通常由多个原子组成，而单原子催化剂是指将单个金属原子分散在载体上的催化剂。
单原子催化剂具有高的催化活性和选择性，并且能够减少金属资源的消耗。
在电化学催化领域，单原子催化剂已经被成功应用于氧还原反应、氢氧化反应等重要反应中，并取得了显著的效果。
三、电化学催化技术在能源转化和储存中的应用1. 燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的设备。
电化学催化技术在燃料电池中发挥着关键作用，可以提高电池的能量转化效率和稳定性。
例如，将新型电化学催化剂应用于质子交换膜燃料电池中，可以显著提高氧还原反应的催化活性，从而提高电池的性能。
2. 电解水制氢电解水制氢是一种将水分解为氢气和氧气的技术，被广泛应用于氢能源的生产和储存。
电化学催化技术在电解水制氢中起到了至关重要的作用。
通过引入高效的电化学催化剂，可以降低电解水的能量消耗和提高制氢效率，从而推动氢能源的发展。
四、电化学催化技术在环境治理中的应用1. 电化学降解有机污染物有机污染物是当前环境中的主要问题之一。
燃料电池的催化剂性能研究
燃料电池的催化剂性能研究燃料电池是一种高效、清洁的能源转化设备，其关键部件之一是催化剂，它在电化学过程中起到重要的催化作用。
随着全球能源需求的增加和对环境保护要求的提高，燃料电池的催化剂性能研究成为目前燃料电池技术领域的热点。
本文将就燃料电池催化剂的基本特性、研究方法以及应用前景进行介绍和分析。
首先，燃料电池催化剂的基本特性是指其在电化学反应中的活性和稳定性。
活性指催化剂对于电化学反应的催化效果，如氧还原反应（ORR）的活性，而稳定性则指催化剂在长期运行过程中的稳定性能。
在燃料电池中，常用的催化剂有贵金属（铂、钯等）和非贵金属（氮化碳、碳化硼等）两类。
贵金属催化剂具有较高的活性和稳定性，但成本较高，限制了其在大规模商业化应用中的推广。
非贵金属催化剂则具有成本低、储量丰富等优点，然而其活性和稳定性相对较差，需要进一步研究改进。
其次，燃料电池催化剂的研究方法包括实验和计算两个方面。
实验方法主要通过合成不同成分和结构的催化剂材料，并通过物理、化学和电化学表征手段来评估其性能。
例如，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等表征技术，可以解析催化剂材料的形貌、晶体结构和元素分布等信息。
同时，电化学测试方法如旋转电极法（RDE）、循环伏安法（CV）和恒定电位法（CP）等可以评价催化剂在特定电化学环境下的活性和稳定性。
计算方法主要通过分子动力学模拟、密度泛函理论（DFT）和过渡态理论等来研究催化剂的反应机理和表面性质。
这些实验和计算方法的相结合可以更全面地理解催化剂的性能和催化机制。
然后，燃料电池催化剂的性能研究不仅局限于基础研究层面，还具有广泛的应用前景。
一方面，优化催化剂的性能可以提高燃料电池的效率和稳定性，从而推动其商业化和应用领域的拓展。
另一方面，催化剂的研究也与其他领域，如电解水制氢、二氧化碳还原等能源相关技术密切相关。
通过研究催化剂的结构和反应机理，可以深入了解电化学过程中的重要参数，为设计和合成新型的高效催化剂提供理论指导和技术支持。
燃料电池催化剂的研究及应用
燃料电池催化剂的研究及应用随着能源危机的日益严重，替代传统石化能源的清洁能源更加受到各国政府和企业的重视。
燃料电池是一种利用化学能对外输出电能的新型能源技术，具有高效、环保、安全等优点，被认为是未来可持续发展的主要方向之一。
作为燃料电池的核心部件，燃料电池催化剂的研究及应用具有重要意义。
一、燃料电池催化剂的作用燃料电池催化剂是指能促进燃料电池反应过程的一类物质，常见的有铂族金属、过渡族金属等。
燃料电池催化剂在燃料电池中的作用是使电化学反应快速进行，同时也能防止电化学反应中的副反应。
例如，燃料电池中经常使用的质子交换膜燃料电池，其产生电能的反应为氢气和氧气在催化剂的作用下，通过电解水反应产生水和电能。
其中催化剂的作用是将水分解反应的速度加快，同时也防止了氧气和氢气自行反应造成的火灾。
二、燃料电池催化剂的分类燃料电池催化剂可分为非贵金属催化剂和贵金属催化剂两种类型。
1. 贵金属催化剂贵金属催化剂以铂族金属为主，因其催化性好，电化学稳定性高被广泛应用。
但其生产成本高，且资源有限，制约了其在大规模应用中的发展。
2. 非贵金属催化剂与贵金属催化剂相比，非贵金属催化剂具有成本低、催化性能稳定等优点。
常见的非贵金属催化剂材料有碳材料、金属氮化物、钼、钴、铁等元素。
近年来，非贵金属催化剂得到了广泛关注，在燃料电池领域中的应用也日益增多。
三、燃料电池催化剂的研究进展燃料电池催化剂的研究领域包括催化剂合成、催化剂负载、催化剂表面结构等。
研究者们致力于寻找低成本、高效率的替代铂族金属的催化剂，并优化催化剂的结构，提高催化剂的稳定性。
1. 铂族金属催化剂的优化目前，铂族金属催化剂合成工艺已经相当成熟，在负载、表面改性等方面的研究也日益深入。
研究人员正在尝试通过优化合成工艺，改变催化剂晶体结构等方法，提高铂族金属催化剂的催化活性和选择性，同时延长其使用寿命。
2. 非贵金属催化剂的研发非贵金属催化剂因其成本低、催化性能稳定等优点，越来越受到研究者们的关注。
碳纳米管催化剂在燃料电池中的应用研究
碳纳米管催化剂在燃料电池中的应用研究燃料电池是一种能源转换装置，将化学能直接转化为电能，而不产生有害气体和颗粒物。
随着对能源和环境的日益关注，燃料电池作为一种清洁、高效的能源技术备受研究和关注。
然而，燃料电池的高成本和低耐久性限制了其在实际应用中的广泛推广。
因此，研究人员一直在寻找新的材料和方法来改善燃料电池的性能。
碳纳米管作为一种新型的纳米材料，具有优异的电化学性能和催化活性，因此在燃料电池中的应用前景广泛。
下面将从碳纳米管催化剂的制备、电化学性能和催化机理等方面探讨其在燃料电池中的应用研究。
首先，碳纳米管催化剂的制备方法非常多样化。
传统方法包括化学气相沉积、电化学沉积和热解法等，但这些方法制备的碳纳米管催化剂存在着粒径不均匀、分散性差以及封装问题等缺点。
因此，近年来研究人员提出了许多新颖的制备方法，如溶胶凝胶法、微波辐射法和激光烧结法等。
这些新方法可以制备出具有较高比表面积、较好分散性和较高催化活性的碳纳米管催化剂，从而极大地提高了燃料电池的性能。
其次，碳纳米管作为催化剂在燃料电池中具有优异的电化学性能。
研究表明，碳纳米管催化剂具有较高的电催化活性和良好的电子传导性能，能够有效降低电极的极化和电子传输电阻。
此外，碳纳米管的低吸附能力和较高的导电性能也有助于提高催化剂对燃料反应的催化效果。
因此，将碳纳米管催化剂应用于燃料电池中，可以显著提高燃料的电催化活性和燃料电池的能量转换效率。
另外，碳纳米管催化剂还具有独特的催化机理。
研究发现，碳纳米管的表面活性位点可以吸附和激活燃料分子，从而促进氧化还原反应的进行。
碳纳米管的高比表面积和多孔结构可以提供更多的活性位点，提高催化剂的利用率和稳定性。
此外，碳纳米管还可以通过控制其形貌和结构来调节催化剂的催化活性和选择性。
因此，通过研究碳纳米管的催化机理，可以优化催化剂的设计和制备，提高燃料电池的性能。
然而，碳纳米管催化剂在燃料电池中的应用仍然面临一些挑战。
首先，大规模制备碳纳米管催化剂的成本较高，影响了其商业化应用。
电催化剂在燃料电池中的应用研究
电催化剂在燃料电池中的应用研究燃料电池作为一种清洁高效的能源转换技术，在当今世界日益紧张的能源问题下备受关注。
然而，燃料电池的应用仍面临许多挑战，其中之一便是寻找高效的电催化剂。
本文将探讨电催化剂在燃料电池中的应用研究，并介绍一些已取得的成果和未来的发展方向。
电催化剂是燃料电池中的关键元素，它能够促使燃料电池中的氧化还原反应发生，从而释放出电子和离子，并产生电能。
传统的电催化剂常使用贵金属，如铂、钯等，由于其活性高且稳定性好，但价格昂贵限制了燃料电池的商业应用。
因此，研究人员一直致力于开发替代的非贵金属电催化剂，以降低燃料电池的成本。
近年来，许多研究表明过渡金属化合物是潜在的电催化剂替代品。
这些化合物具有丰富的电子结构和催化活性，可以在燃料电池中实现高效的氧还原反应。
例如，钴、铁、镍等过渡金属化合物被广泛研究，其中以钴基电催化剂的发展最为突出。
研究人员发现钴基电催化剂具有良好的催化活性和稳定性，尤其对于甲醇、乙醇等低碳氢化合物具有较高的电催化性能。
这使得使用钴基电催化剂的燃料电池成为可能。
然而，钴基电催化剂仍存在一些问题亟待解决。
首先，其催化活性还不及贵金属催化剂。
因此，研究人员通过调控钴基催化剂的结构和形貌，以提高其催化性能。
例如，利用纳米材料的合成技术，可以制备出具有丰富活性位点的纳米结构电催化剂，提高其催化活性。
其次，钴基电催化剂的稳定性有待改善。
在长时间运行过程中，钴基电催化剂容易受到腐蚀和失活。
因此，研究人员正在寻找改进材料和跨界合作的方法，以提高钴基电催化剂的稳定性。
除了过渡金属化合物，碳材料也是另一种潜在的电催化剂替代品。
碳材料具有丰富的孔隙结构和电子结构，能够提供大量的反应活性位点。
石墨烯和碳纳米管等碳材料被广泛研究，其催化活性逐渐接近贵金属催化剂。
此外，通过掺杂其他元素，如氮、硫等，可以进一步改善碳材料的催化活性。
碳材料作为电催化剂的优势在于低成本、丰富资源和环境友好，有望成为燃料电池应用的主流选择。
燃料电池的原理和研究进展
燃料电池的原理和研究进展燃料电池是一种新型电化学能源转换设备，通过将氢气或含氢化合物与氧气反应，产生电能的同时释放水和热能。
它被认为是未来能源的一个重要方向，因为它具有高效、环保、可再生等特点，并能在移动设备、汽车、船舶等多个领域得到广泛应用。
本文将介绍燃料电池的原理和研究进展。
一、燃料电池的原理燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置。
它的基本原理是氢气或含氢化合物与氧气在催化剂的帮助下发生氧化还原反应，产生电流和水。
燃料电池通常包括四个主要部分：正极、负极、电解质和催化剂。
电极通常是由铂、铑等贵金属制成的，以提高化学反应速率。
在电解质中，离子与电子之间发生传递，产生电荷变化，形成电流。
而催化剂则作为化学反应的催化剂，在化学反应中起到加速反应的作用。
不同种类的燃料电池有着不同的原理。
例如，质子交换膜燃料电池（PEMFC）采用质子交换膜作为电解质，氢气通过阳极加入，与催化剂反应产生电流；同时氧气通过阴极加入，在与阳极产生的质子结合后产生水。
固体氧化物燃料电池（SOFC）则采用固态氧化物作为电解质，在高温下实现有氧氧化反应。
二、燃料电池的研究进展燃料电池的研究始于19世纪，但至今仍面临着许多技术难题。
主要问题在于制造成本高、催化剂活性不高、寿命短、燃料电池使用过程中会产生二氧化碳等有害气体等。
近年来，关于燃料电池的研究也取得了一系列的突破。
1、芳香性单体复合材料催化剂芳香性单体复合材料是一种新型有机-无机材料，可用于燃料电池的催化剂。
研究人员发现，该材料的催化活性是传统的铂催化剂的2.5倍以上，而制造成本却只有其一半。
这一技术突破，为新能源领域的可持续发展提供了更为广阔的空间。
2、高效金属有机框架材料金属有机框架材料（MOF）是一种由金属离子和有机配体组成的陈列结构材料。
研究人员发现，该种材料能够作为燃料电池催化剂，具有优异的催化活性和稳定性，能够提高燃料电池的效率与使用寿命。
此外，该种材料通过合成方法可以进行精确控制，还具有高比表面积和可控的孔结构等特点。
燃料电池中催化剂的电化学性能研究进展
燃料电池中催化剂的电化学性能研究进展余培锴;李月婵【摘要】能源已经成为了社会进步与发展不可或缺的基础.人类与技术的快速发展无疑使一些不可再生能源被急剧消耗,各种因能源消耗而引发的环境问题接踵而来.这些因素都会成为社会发展的绊脚石.因此,以3E(Economy,Energy,Environment)为出发点来大力开发可再生能源成为一个必然趋势.燃料电池是一种将阳极燃料与阴极助燃剂之间发生氧化还原反应所产生的化学能转化为电能的绿色能源装置,因能量密度高、燃料成本低和常温下即可发生反应等优点,被认为是21世纪最为理想的发电装置,也逐渐引起了世界各国的广泛关注.【期刊名称】《沈阳师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)004【总页数】8页(P369-376)【关键词】能源;燃料电池;电催化剂【作者】余培锴;李月婵【作者单位】厦门理工学院材料科学与工程学院,福建厦门 361024;厦门理工学院材料科学与工程学院,福建厦门 361024【正文语种】中文【中图分类】N331 燃料电池简介伴随着全世界各国的经济(Economy)的高速发展,能源(Energy)危机和环境(Environment)问题日益突出,3E关系是人类世界发展与生存所导致的必然结果,如图1所示。
图1 经济、能源与环境之间的相互关系示意图Fig.1 The schematic drawing of mutual relationship among economy and energy and environment目前,人类能够获得的能源主要依靠于化石能源、核能,还依靠一些比如太阳能、风能、地热能和潮汐能等能源。
其中化石能源、核能为非再生能源,为非清洁能源。
太阳能、风能可以再生,为可再生能源。
过度依赖石油、煤、天然气等化石能源,其储量日益枯竭,并且对环境的污染越来越严重。
现在全球都在积极采取措施来解决能源危机、环境污染和气候异常等问题。
燃料电池催化剂研究及其应用
燃料电池催化剂研究及其应用随着全球能源储备的减少以及环境问题的日益严重，燃料电池作为一种高效、环保的新型能源来源得到了广泛研究和应用。
作为燃料电池中的核心部件，催化剂起着至关重要的作用，对提高燃料电池的性能和降低成本具有重要意义。
本文将围绕燃料电池催化剂的研究及其应用展开讨论。
1. 燃料电池催化剂的类型与性能燃料电池催化剂可以分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂两类。
贵金属催化剂如Pt、Pd、Au等具有较高的催化活性，但成本较高、供应有限，而非贵金属催化剂如Fe、Co、Ni则成本较低、库存丰富，但催化活性较低。
为了同时兼顾活性和成本，在燃料电池催化剂研究领域，人们更倾向于寻找新型非贵金属催化剂。
例如，某些掺杂碳材料具有较高的催化活性，且在电化学稳定性和生产成本等方面都比传统的贵金属催化剂更具优势。
此外，金属有机框架材料、双金属氮化物等材料也逐渐成为燃料电池催化剂的研究热点。
2. 燃料电池催化剂的制备方法制备燃料电池催化剂的方法多种多样，常见的方法包括物理还原法、化学沉积法、共沉淀法、电沉积法等。
其中，物理还原法是一种最常用的方法，其基本思路是通过还原贵金属盐溶液来制备贵金属催化剂；化学沉积法则是将贵金属盐溶液与还原剂在沉积物表面交互作用，形成负载贵金属粒子的过程；共沉淀法则是在将贵金属盐和其他原料混合后，通过对混合物进行酸碱调节来使金属沉淀而形成的催化剂。
电沉积法则是在电化学反应的条件下，在催化剂表面或介质中电化学活性中心的合成。
最近，电化学还原法和微波法也逐渐成为燃料电池催化剂制备的新方法。
综上所述，选定合适的制备方法、控制好合成条件、优化催化剂的形貌和结构都是成功制备燃料电池催化剂的关键。
3. 燃料电池催化剂的应用燃料电池催化剂的应用主要集中在燃料电池的阳极和阴极。
对于多数燃料电池系统而言，氧还原反应（ORR）和氢氧化反应（OER）是电化学反应的两个基本过程，其催化活性极大地影响着燃料电池的性能。
电催化反应的机理及性能研究
电催化反应的机理及性能研究随着人们对清洁能源和环境保护的追求，能源领域和环境研究领域出现了越来越多的新技术和新材料。
电催化反应就是其中一种新兴技术，它利用电催化剂来促进化学反应的进行。
电催化反应在燃料电池、储能技术、环境污染治理等领域具有广泛应用前景，因此在此方面的研究也备受关注。
一、电催化反应机理电催化反应的机理是指在电化学反应中发生的化学变化过程。
它是电化学反应研究领域的一部分，关注电子在化学反应中的转移和利用。
在电催化反应中，电子和物质之间的相互作用是至关重要的。
电流是物质中流动的电子，就像导线中的电荷流动一样。
电催化反应发生在电催化剂上，电催化剂是一种能够帮助催化反应的物质。
当电化学反应发生时，电催化剂吸附在电极表面并促进电子的转移。
电催化反应的速度是由催化剂的化学性质和电荷分布、反应物分子之间的结合能力以及反应物分子在电极表面的扩散速度决定的。
二、电催化反应的性能研究电催化反应对于清洁能源和环境保护具有巨大的潜力。
在实际应用中，电催化反应的性能很大程度上取决于电催化剂的性质和反应条件。
因此，研究电催化剂的性能和反应机理对于提高电催化反应的效率和稳定性具有重要意义。
1. 电催化剂的选择电催化反应的催化剂是影响反应性能的重要因素。
传统的电催化剂包括铂、钴、镍等贵金属，但其成本和环境影响逐渐被人们所关注。
因此，针对不同的电催化反应，研究低成本、可持续、高效的电催化剂是必要的。
2. 反应条件的调节反应条件也是影响电催化反应的重要因素。
例如，在燃料电池中，反应温度、压力、电解质浓度等因素直接影响燃料电池的性能。
因此，通过调节反应条件来优化电催化反应的性能和稳定性是十分重要的。
3. 反应机理的研究了解电催化反应的反应机理对于优化反应条件和提高反应效率具有重要意义。
研究反应机理需要对反应物分子的化学结构、电子状态和反应物分子在电极表面的结合能力进行深入的分析和探究。
三、电催化反应的应用电催化反应具有广泛的应用前景，其中最具代表性的应用就是燃料电池。
新型能源催化剂的研究进展
新型能源催化剂的研究进展近年来，全球温室气体排放趋势呈现上升趋势，环保成为一个备受关注的话题。
而新型能源催化剂的研究，代表着现代能源技术的最新进展之一。
本文将介绍新型能源催化剂研究的发展历程、现状及展望。
发展历程新型能源催化剂研究起源于1970年代的燃料电池技术，属于分子尺度化学的范畴。
而催化反应的本质是通过降低反应活化能来加速化学反应的过程，成为人们利用能源原料的有效途径。
燃料电池技术中，催化剂可以促进氢氧化物的电解，产生电能。
而在汽车和工业等领域，催化剂可以促进燃料和氧气的反应，实现高效率的能量转换，同时大大减少温室气体等有害物质的排放。
新型能源催化剂研究的发展离不开纳米技术、化学合成技术、计算机模拟技术等的支持，它们使催化剂的制备、表征和性能测试更加精细、高效、深入。
催化剂的理论研究和实验研究也形成了互相支持、循环发展的格局。
现状目前，新型能源催化剂已经应用于多个领域。
在燃料电池领域，铂基催化剂已成为电堆中最常见、最有效的催化剂之一。
但是铂的生产成本在过去几年里一直在攀升，而且铂基催化剂在制备和使用过程中都存在一些困难。
为了解决这些问题，研究者们开始寻找替代铂的新型催化剂。
其中最重要的一类就是非贵金属催化剂。
由于非贵金属催化剂成本低、储量丰富且不会引起环境问题，因此受到越来越多的关注。
最近的研究还包括了蛋白质酶、有机小分子化合物等非金属催化剂。
例如，质子交换膜燃料电池中氧还原反应催化剂的研究方向已经从Pt/C转向了非贵金属复合物催化剂。
在化学催化领域，金属有机框架催化剂、共价有机催化剂等新型催化剂的研究也在快速发展，它们在催化剂设计和合成方面都有创新性。
展望尽管新型能源催化剂已经有很多成果，但是仍存在着很多问题和挑战。
未来的研究方向包括提高催化剂的选择性、稳定性和活性，同时也要考虑催化剂的适用范围和经济性。
继续推进对新型催化剂的基础理论研究，并与工程实践相结合，将是新型能源催化剂研究的未来发展方向。
甲醇燃料电池催化剂研究进展
甲醇燃料电池催化剂研究进展随着能源需求的不断增长，可再生能源和环保技术备受关注。
在这方面，燃料电池是一种具有巨大发展潜力的技术，特别是甲醇燃料电池。
甲醇燃料电池具有高效率、低污染、易于贮存和运输等优点，因此备受瞩目。
催化剂作为燃料电池的核心部件，发挥着至关重要的作用。
本文将探讨甲醇燃料电池催化剂的研究进展。
一、甲醇燃料电池催化剂的种类甲醇燃料电池催化剂的主要种类有贵金属催化剂、非贵金属催化剂和生物催化剂三种。
1.贵金属催化剂贵金属催化剂是最早应用于甲醇燃料电池领域的催化剂。
Pt和Pt合金是最常用的贵金属催化剂，具有活性高、稳定性好等优点。
此外，Rh、Ir和Pd等金属也被广泛应用于甲醇燃料电池催化剂中。
然而，贵金属催化剂价格较高，限制了其在大规模工业化生产中的应用。
2.非贵金属催化剂非贵金属催化剂由于成本低廉，对环境友好而备受青睐。
非贵金属催化剂主要有碳材料催化剂、金属氧化物催化剂和过渡金属催化剂等。
其中，碳材料催化剂是最为常见的非贵金属催化剂，其主要作用是促进甲醇的电氧化反应和电解反应，可以提高催化剂的活性和稳定性。
3.生物催化剂生物催化剂是一种新型的催化剂，具有生物可降解和生物相容性好等优点。
生物催化剂主要有酶和酰胺酶两种。
由于生物催化剂的生物性质，其在多相催化和电化学反应中都能发挥良好的效果，因此在甲醇燃料电池领域具有广泛应用前景。
二、甲醇燃料电池催化剂的研究进展1.贵金属催化剂的优化贵金属催化剂是甲醇燃料电池中最常用的催化剂之一。
针对贵金属催化剂的高成本和低稳定性问题，目前研究者正在致力于开发新型的贵金属催化剂，并对现有的贵金属催化剂进行优化。
例如，近年来出现了一种以铂为基础的合金催化剂Pt-M (M=薄膜金属)，其活性提高了1-2个数量级，同时还具有较好的稳定性和耐久性。
2.非贵金属催化剂的研究进展非贵金属催化剂由于成本低廉而被广泛应用。
目前研究者正在致力于提高非贵金属催化剂的活性和稳定性，同时还在研究新型的非贵金属催化剂。
燃料电池催化剂的研究及其应用
燃料电池催化剂的研究及其应用燃料电池是一种高效、可再生的能源转换技术，在汽车、家庭用电等领域有着广泛的应用前景。
其中，燃料电池催化剂是燃料电池的核心技术之一，其性能和稳定性直接影响燃料电池的效率和寿命。
本文将从燃料电池催化剂的基本原理、制备方法、性能优化与应用等方面进行讨论。
一、燃料电池催化剂的基本原理燃料电池通过半导体材料吸收氢气或烃类燃料上的氢原子，造成电子流动，从而产生电能和剩余的水或二氧化碳。
燃料电池中的催化剂则是促进这一反应的关键因素。
燃料电池催化剂主要由贵金属如铂、钯、钌等构成，其中铂催化剂具有较高的催化活性和稳定性，已成为目前燃料电池应用最广泛的催化剂。
燃料电池催化剂的主要作用是降低燃料电池运行所需的活化能，在较低的温度下促进电化学反应的进行。
燃料电池中的反应可以分为氧化还原反应和氢化反应两种，其中氧化还原反应是阳极反应，氢化反应是阴极反应。
催化剂在电极表面分别起到“吸氢”和“催化氧化”两种作用，促进反应的进行。
而在催化的同时，催化剂中的贵金属会逐渐发生脱落、聚集和与其他物质发生化学反应等现象，会影响燃料电池的寿命和工作效率。
二、燃料电池催化剂的制备方法目前，燃料电池催化剂制备方法主要分为物理法、化学法和生物法等。
高温还原法是较为成熟、常用的制备方法之一，该方法使用贵金属盐酸溶液中的贵金属离子，通过高温还原、共沉淀等方法制备出质量均匀、分散度好的催化剂。
另外，物理法中的热物理气相沉积法、离子束发射沉积和溅射法等，可制备出更薄或者更精细的催化剂薄膜，在提高催化性能的同时降低成本，但其较高的制备成本和复杂度限制了其广泛应用。
化学法中的溶胶凝胶法、水热法、溶剂热法等，能够制备较精细的纳米催化剂，可针对具体应用进行组分、形貌和制备条件等的调节，但这些方法中使用的化学物品多为有害物质，且易产生副产物和过多的杂质，污染环境。
生物法中则主要利用微生物、植物、酵母等生物体或其代谢产物直接合成催化剂，较为环保，对生物资源的保护也有一定的意义，但这种方法仍需要在适宜条件下进行大规模的培养和提取，成本过高限制了其应用。
燃料电池催化剂文献报告
燃料电池催化剂文献报告燃料电池催化剂是燃料电池中的核心组件，它们在电化学反应中起到催化剂的作用，提高了燃料电池的性能和效率。
催化剂的选择和设计对于燃料电池的性能具有重要影响。
为了更好地了解燃料电池催化剂的研究进展，本文将对近年来的相关文献进行综述。
近年来，钯基催化剂在燃料电池中得到了广泛的应用。
赵等（2024）研究了多组分钯基催化剂的合成方法，并评估了其在甲醇燃料电池中的性能。
研究结果表明，多组分催化剂相比单组分催化剂具有更高的催化活性和稳定性。
铂基催化剂也是常用的燃料电池催化剂。
封等（2024）通过调控铂纳米颗粒的大小和形貌，制备了一种新型的铂基催化剂，并研究了其在氧还原反应中的电化学性能。
研究结果显示，所制备的铂基催化剂具有良好的催化活性和耐久性。
除了钯和铂基催化剂，过渡金属化合物也是研究的热点之一、李等（2024）报道了一种镍基催化剂的合成方法，并研究了其在乙醇燃料电池中的应用。
研究结果表明，所制备的镍基催化剂在氧还原反应中具有较高的催化活性和稳定性。
此外，还有一些新型催化剂的研究工作取得了一定的进展。
杨等（2024）报道了一种基于二氧化钛纤锌矿型结构的铜基催化剂，并研究了其在甲醇燃料电池中的应用。
研究结果显示，所制备的铜基催化剂在氧还原反应中表现出优异的催化活性和稳定性。
此外，还有一些文献致力于研究催化剂的改性方法。
贾等（2024）研究了一种基于贵金属纳米粒子的催化剂改性方法，并评估了改性后的催化剂在直接甲醇燃料电池中的性能。
研究结果表明，改性后的催化剂具有更高的催化活性和稳定性。
综上所述，燃料电池催化剂的选择和设计对燃料电池的性能具有重要影响。
近年来，钯基、铂基和过渡金属化合物催化剂是研究的热点之一、此外，一些新型催化剂的研究工作也取得了一定的进展。
催化剂的改性方法也是一个研究的重点。
未来的研究方向可以进一步优化催化剂的合成方法，提高催化剂的性能和稳定性，以推动燃料电池技术的发展。
燃料电池电化学性质测定实验报告总结
燃料电池电化学性质测定实验报告总结燃料电池是一种重要的电化学能源转换设备，它可以将化学能转化为电能，并且具有环保、高效、可再生等特点。
为了研究燃料电池的电化学性质，本次实验进行了一系列的测定，包括电子转移数的测定、活性表面积的测定、质量活性的测定等。
首先，通过电子转移数的测定，我们可以得出燃料电池中各种物质的电子转移数，从而了解反应的过程和机理。
实验中，我们采用了循环伏安法进行测定，通过绘制伏安曲线来分析电化学过程。
实验结果表明，燃料电池中的电子转移数通常为2，这与燃料电池的工作原理相符。
其次，活性表面积的测定是研究燃料电池催化剂活性的重要手段。
本次实验采用了氮吸附法来测定催化剂的表面积，并通过BET方程来计算。
实验结果显示，催化剂的表面积较大，具有良好的催化性能，有利于提高燃料电池的效率和稳定性。
最后，质量活性的测定是评价燃料电池催化剂性能的重要指标。
本次实验选择了高效的Pt/C催化剂进行测定，通过测量燃料电池的极化曲线来确定催化剂的质量活性。
实验结果显示，Pt/C催化剂具有较高的质量活性，有望应用于燃料电池领域。
总之，燃料电池的电化学性质测定是研究燃料电池性能和优化设计的重要手段。
通过本次实验，我们对燃料电池的电子转移数、活性表面积和质量活性进行了详细研究，为进一步提高燃料电池的效率和稳定性提供了理论基础。
未来，我们可以进一步研究燃料电池的反应机理，设计和合成更高效的催化剂，以期实现燃料电池在能源领域的广泛应用。
《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。
电催化剂在燃料电池中的应用研究
电催化剂在燃料电池中的应用研究燃料电池（Fuel cell）是一种能源转换装置，通过化学反应将燃料和氧气转换成电能，并产生水等副产物。
燃料电池的优点在于高效、低污染和可再生，并且在各种应用场景中拥有广泛的潜力。
其中，电极催化剂是燃料电池的一大关键技术，其作用是加速电极反应的速率，提高燃料电池的性能和稳定性。
为此，人们正致力于研发性能更高、更稳定、更经济的电催化剂。
电催化剂是指在电化学反应中，能够促进反应的催化剂。
在燃料电池中，电催化剂负责促进氢气或甲醇与氧气的氧化还原反应（ORR 与OER），这两个反应是燃料电池能量转换过程中的核心反应。
但鉴于其价格高昂、稳定性差、寿命不长等问题，如何提高电催化剂的性能和稳定性是目前研究的重点之一。
从分类上来看，电催化剂大致可分为贵金属和非贵金属两类。
贵金属催化剂（如铂、钌、钯等）具有活性高、稳定性好等优点，但价格昂贵、资源有限，因此用于燃料电池中会增加成本。
非贵金属催化剂（如氧化物、硫化物、氮化物、碳材料等）具有价格低、资源丰富的优点，但其活性较低，稳定性不足，常会遭受耐久性、腐蚀性和中毒等问题。
近年来，科学家们在研究和应用中探究出了一些创新的电催化剂设计和制备方法。
一种方法是采用复合材料，将贵金属与非贵金属组合在一起，形成一种双层结构的电催化剂，如Pt@CeO2@C、Pd@NiCo2O4、Au@MoS2和PtCu/C等。
这些复合材料的设计和制备可以兼顾克服缺点、提高催化效率和耐久性，是未来燃料电池研发和应用的一个重要趋势。
另一种方法是采用纳米粒子，将其固定到碳材料表面形成电催化剂。
这种方法利用纳米粒子表面积大、晶格结构未破坏等特点，抵抗中毒、腐蚀和催化效率降低等问题。
常见的纳米粒子电催化剂有纳米Pt、纳米Au、纳米Pd、纳米Co3O4、纳米MoS2和纳米Fe2O3等。
其中，纳米MoS2被认为是一种非常有前途的电催化剂，具有强的电化学活性和耐久性。
为了进一步提高电催化剂的性能和稳定性，同时降低成本，科学家们也在尝试研究新型材料和制备技术。
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收稿日期:20180622㊂基金项目:福建省自然科学基金资助项目(2012J 05101)㊂作者简介:余培锴(1992),男,福建厦门人,厦门理工学院硕士研究生;通信作者:李月婵(1983),女,福建厦门人,厦门理工学院副教授,博士㊂第36卷 第4期2018年 8月沈阳师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n )V o l .36N o .4A u g.2018文章编号:16735862(2018)04036908燃料电池中催化剂的电化学性能研究进展余培锴,李月婵(厦门理工学院材料科学与工程学院,福建厦门 361024)摘 要:能源已经成为了社会进步与发展不可或缺的基础㊂人类与技术的快速发展无疑使一些不可再生能源被急剧消耗,各种因能源消耗而引发的环境问题接踵而来㊂这些因素都会成为社会发展的绊脚石㊂因此,以3E (E c o n o m y ,E n e r g y ,E n v i r o n m e n t )为出发点来大力开发可再生能源成为一个必然趋势㊂燃料电池是一种将阳极燃料与阴极助燃剂之间发生氧化还原反应所产生的化学能转化为电能的绿色能源装置,因能量密度高㊁燃料成本低和常温下即可发生反应等优点,被认为是21世纪最为理想的发电装置,也逐渐引起了世界各国的广泛关注㊂关 键 词:能源;燃料电池;电催化剂中图分类号:N 33 文献标志码:Ad o i :10.3969/j.i s s n .16735862.2018.04.014R e s e a r c h p r o g r e s s o n p e r f o r m a n c e o f c a t a l ys t s i n f u e l c e l l s Y U P e i k a i ,L IY u e c h a n(C o l l e g e o fM a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,X i a m e nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,X i a m e n361024,C h i n a )A b s t r a c t :E n e r g y h a s p l a y e da n i n c r e a s i n g l y i m p o r t a n t r o l e i nt h ed e v e l o p m e n t a n d p r o gr e s so f t h e s o c i e t y o f h u m a nb e i n g .t h e r e i s n od e b t t h a t n o n -r e n e w a b l e e n e r g y r e s o u r c e i s g r a mm a t i c a l l yc o n s u m e dd ue t o t h e r a p i dd e v e l o p of h u m a nk i n d a n d t e c h n o l og y .Wh a ti sm o r e ,t h e s e f a c t o r s c a n h i n d e r t h e a d v a n c e m e n t o f t h es o c i e t y o fh u m a nb e i n g .T h e r e f o r e ,i t i s m o r ea n d m o r en e c e s s i t yt h a tw eh u m a nb e i n g s h o u l dt r y o u rb e s t t oe x p l o i t r e n e w a b l ee n e r g y so u r c e so nt h eb a s i so f3E (E c o n o m y ,E n e r g y ,E n v i r o n m e n t ).F u e l c e l l s a r e t h ed e v i c e s i n g r e e ne n e r g y t h a t t h e y c a nc o n v e r t c h e m i c a l e n e r g y ,o w n i n g t o r e d o xr e a c t i o nb e t w e e n f u e l so f t h ea n o d ea n do x y g e no f t h e c a t h o d e ,i n t o e l e c t r i c a l e n e r g y .F u e l c e l l s h a v e b e e n s e e n a s a k i n d o f i d e a l po w e r -g e n e r a t e d d e v i c e s a n d p a i d a t t e n t i o nb y r e s e a r c h e r s f r o ma l l o v e r t h ew o r d a s c r i b e t o i t s h i g h c a p a c i t y d e n s i t y,l o wc o s t a n d l o w w o r k i n g t e m pe r a t u r e .K e y wo r d s :e n e r g y ;f u e l c e l l ;e l e c t r o c a t a l y s t 1 燃料电池简介伴随着全世界各国的经济(E c o n o m y )的高速发展,能源(E n e r g y )危机和环境(E n v i r o n m e n t )问题日益突出,3E 关系是人类世界发展与生存所导致的必然结果,如图1所示㊂目前,人类能够获得的能源主要依靠于化石能源㊁核能,还依靠一些比如太阳能㊁风能㊁地热能和潮汐能等能源㊂其中化石能源㊁核能为非再生能源,为非清洁能源㊂太阳能㊁风能可以再生,为可再生能源㊂过度依赖石油㊁煤㊁天然气等化石能源,其储量日益枯竭,并且对环境的污染越来越严重㊂现在全球都在积极采取措施来解决能源危机㊁环境污染和气候异常等问题㊂近年来,我国卓有成效的经济和社会图1 经济㊁能源与环境之间的相互关系示意图F i g .1 T h es c h e m a t i cd r a w i n g o fm u t u a l r e l a t i o n s h i pa m o n g e c o n o m y a n de n e r g y an de n v i r o n m e n t 建设的同时,资源和环境对发展的瓶颈制约日益明显,如何加快经济增长方式转变迫在眉睫,正因如此,我国已经将节能减排工作提高到国策的高度㊂为了解决能源危机和环境问题,探寻清洁的㊁高效的㊁廉价的新能源刻不容缓㊂因此,开发新型的能量转换和能量存储装置是发展考虑的方向㊂燃料电池(F u l lC e l l s)是一种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置,能量转换率高[1]㊂由图2 氢氧燃料电池工作原理示意图F i g .2 T h ew o r k i n gp r i n c i p l ed i a gr a mo f h y d r o g e n -o x y ge nf u e l c e l l 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㊂由于具有这些特异性,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一㊂随着研究不断地突破,燃料电池已经在发电站㊁微型电源等方面开始应用㊂燃料电池的结构主要是由4个主要部分组成,分别为阳极㊁阴极㊁电解质和外部电路㊂以质子交换膜燃料电池为例,阳极(负极)为氢电极,阴极(正极)为氧电极,阳极和阴极之间通常由质子交换膜分隔开,阴阳离子可在膜上进行电子转移与运输㊂阳阴两电极上都需要一定量的电催化剂,用来推进电极上所发生的电化学反应,两电极之间是电解质㊂燃料电池的工作原理图如图2所示㊂2 燃料电池的种类燃料电池具有能量转化率高㊁环境友好㊁比能量高㊁可靠性高㊁灵活性大,并且能长时间连续供电等优点,有着巨大的应用前景㊂目前燃料电池的种类很多,其分类方法也有很多种㊂按不同方法大致分类如表1所示㊂表1 燃料电池的分类表T a b .1 T h ec l a s s i f i c a t i o no f f u e l c e l l s电池类型电解质导电离子工作温度/ħ燃 料氧化剂酸性燃料电池K OH OH -50~200纯氧纯氧质子交换膜燃料电池全氟 酸膜H +室温~100氢气㊁重整气空气直接甲醇燃料电池全氟 酸膜H +室温~101C H 3OH 等空气磷酸燃料电池H 3P O 4H +100~200重整气空气熔融碳酸燃料电池(L i ,K )C O 3C O 2-3650~700净化煤气,天然气空气固体氧化物燃料电池氧化 ,稳定的氧化物900~1000净化煤气,天然气空气3 燃料电池发展中存在的问题如前所述,燃料电池具有诸多优点和种类㊂如果能将燃料电池大规模地发展起来,一定会推动社会巨大进步㊂然而,就目前燃料电池的技术发展来看,电催化的成本和寿命是制约燃料电池商业化的主要障碍㊂这些难题都妨碍着燃料电池大规模的商业化应用:1)传统的电催化剂的成本较高㊂燃料电池中主要使用催化剂是P t 基催化剂,但是世界上的铂金属的存储量有限,价格昂贵,且化学稳定性较弱㊂所以会越用越少㊂那么,在如何降低电催化剂的成本将成为研究燃料电池催化剂的热点之一㊂2)电催化剂的抗毒性和活性较差㊂阴极进行氧还原反应的难度远胜于阳极进行氢氧化,而且在甲073沈阳师范大学学报(自然科学版) 第36卷图3 阴极氧还原反应和甲醇氧化的交换电流示意图F i g .3 T h es c h e m a t i cd i a g r a mo f c h a r ge t r a n sf e r c u r r e n t b e t w e e no x y ge n r e d u c t i o na n dm e t h a n o l o x i d a t i o n 醇和氧气都存在的情况下,铂电极在阴极容易发生 跨界反应 (如图3所示),从而导致铂电极对氧失去氧还原能力㊂如何提高催化剂的催化活性,研究并开发非贵金属催化剂来代替贵金属催化剂成为燃料电池发展的长期研究课题之一㊂由于燃料电池的种类繁多,研究内容也非常多,国内课题组重点研究直接甲醇燃料电池(D M F C s )阳极催化剂,氢气燃料电池中清洁能源氢气(H 2)的制备以及燃料电池的阴极电催化材料方面展开研究㊂4 燃料电池的催化剂4.1 阳极催化剂贵金属催化剂:贵金属基电催化剂主要包括单金属电催化剂㊁贵金属二元合金以及合金氧化物电催化剂和多元合金电催化剂㊂目前为止,国内外对甲醇氧化(M e t h a n o l o x i d a t i o nr e a c t i o n ,MO R )研究的电催化剂还是以贵金属电催化剂为主㊂单金属电催化剂主要是P t ,P d 和A u [47]㊂其他的贵金属也开始尝试应用于D M F C s 的研究中[3]㊂众所周知,贵金属催化氧化甲醇与贵金属颗粒形状,尺寸大小和表面结构有关[57]㊂针对这些方面,众多的研究者做了关于这个方面的研究㊂比如,2010年厦门大学的T i a n 等[8]应用方波电位电化学合成了二十四指数晶面单质P t ㊁P d 等单金属贵金属,对小分子醇有着非常优异的电化学性能;于2012年,L i 等[9]在i n d i u mt i no x i d e (I T O )合成了纳米棱镜状的薄膜金,它们显示出了较好的活性;W a n g 等[10]合成了棒状具有纳米孔状的P d ,在C H 3O H -K O H 溶液中进行优异的电化学活性,电流高达223.52m A ㊃m g -1㊂图4 连续游离的甲醇分子静电吸附在P t 电极表面的示意图F i g .4 T h ed i a g r a mo f t h ec o n t i n u o u s l y di s s o c i a t i v em e t h a n o l m o l e c u l eo n t h es u r f a c eo f pl a t i n u me l e c t r o d e 虽然通过改变单金属电催化剂的表面形貌㊁电子轨道和费米能级可以显著提高电催化活性㊂而如果将另一种金属引入到单质贵金属形成二元合金或者为合金氧化物,一方面可以降低贵金属的使用量,提高贵金属的有效利用率,另一方面由于二元合金或者是合金氧化物之间的双组分协同机理,可以提高电催化的活性㊂典型的例子,单金属铂在阳极氧化甲醇时,中间态产物一氧化碳(C O )极易吸附在铂金属的表面,降低铂的有效比表面积,阻碍甲醇的氧化,从而发生C O 在电极表面的自我中毒[10],图4表示的是甲醇在P t 电极上反应的示意图㊂为了降低甲醇氧化中间体对铂基催化剂的腐蚀与毒化作用,研究者们通常加入一些其亲氧组分的金属元素,比如P t R u ㊁P t S n ㊂这主要是归根于亲氧组分的加入不仅可以促进水的吸附解离,还能通过电子作用修饰铂金属的电子构型,减弱中间产物C O 在金属活性位上的吸附强度㊂目前普遍接受的甲醇电氧化机理是 双功能机理 (B i f u n c t i o n a l M e c h a n i s m )[11],即在催化剂的表面需要有2种活性中心位:其一是铂金属为活性位,用于甲醇分子的吸附和C -H 键的活化以及脱质子过程;另一中心是铂金属或者其他元素组分,用于水的吸附及活化解离,最终吸附产生的含碳毒化中间产物(C O )与含氧物种(H 2O 2)发生反应,完成阳极的半反应过程,而且其他亲氧组分的加入不仅可以促进水的吸附解离,同时还能通过 电子效应 改变铂金属的核外电子排布,从而影响甲醇分子的吸附和脱质子过程,减弱中间产物在金属活性位上的吸附强度㊂基于以上单金属以及二元合金的研究,科研者致力于研究将如何进一步降低催化剂的成本以及更好的电催化活性㊂虽然R u 的加入会缓解P t 电极中毒,但是P t -R u 催化剂的价格不低,同样很难大规模发展起来㊂一些科研者开始研究三元合金以及多元合金[1215]㊂但是P t R u N i ,P t R u M o 多组分电催化剂的进展并不是特别理想,由于其对甲醇氧化反应的活性较低而受阻,通过一系列的表征研究主要是归173第4期 余培锴,等:燃料电池中催化剂的电化学性能研究进展结由于其催化剂的比表面积小,这一缺点限制了多组分催化剂的大量应用㊂近些年来,一些科研工作者开始采用有机物或者多金属氧化物做载体来提高电催化剂的表面积,使电催化活性和抗毒性都非常高的同时,有着非常优异的寿命㊂如L i 等[16]通过加入多金属氧化盐(P OM s )制备了P t /C N T s 催化剂,一方面,P OM s 可以减少金属的团聚,从而可以提高P t /C N T s 的电催化活性,比传统的P t /C 和未加入P OM s 制备的P t /C N T s 的电催化活性要好很多㊂另一方面是这样制备的催化剂P t 为纳米颗粒,电催化活性也很高,更重要的一点是P t 存在于P OM 层与层之间,P t 发生中毒的现场也会减弱很多㊂D i n g等[17]制备的将P t R u 负载于中空碳球(H C N s )对MO R 反应表现出了优异的电催化活性与稳定性㊂另外一些课题组[1821]也进行了这方面的研究㊂目前,虽然由于贵金属铂有较好的电催化活性,广大科研工作者也对其进行了广泛的研究㊂然而,波金属受到存储量的限制,无法被大规模使用在商业化的燃料电池中㊂从而,研究非铂基电催化剂对于燃料电池大规模商业化使用是至关重要的㊂在众多的非贵金属中,一方面由于镍金属在碱性溶液中不会被溶解,另一方面由于镍金属容易在表面形成氧化物,能够增加其比表面积,从而在镍电极上的反应变得更加容易发生㊂从20世纪70年代开始,科研工作者就对碱性溶液中的镍基电极对醇的电催化氧化进行了广泛的研究,关于镍电极在碱性溶液中对于小分子醇类反应的机理,目前被人们普遍接受的是F l e i s c h m a n n 机理[22],反应步骤如图5所示㊂N i (OH )2+OH -⇔Ni OOH +H 2O +e -(1)N i OOH +R -C H 2OH a d s ңN I (OH )2+R -CH -OH (2)R -C H -OH ңR -C O 2-(3)R -C H 2OH +5OH -ңR -C O -2+4H 2O +4e -(4)图5 在镍电极上乙醇的氧化过程示意图F i g .5 T h es c h e m a t i cd i a gr a mo f e t h a n o l o x i d a t i o n o n t h es u r f a c eo f n i c k l ee l e c t r o d eA b d e lR a h i m 等[23]利用电沉积法制备了N i /C 电极,在碱性溶液中对甲醇进行了电化学性能研究,研究表明高分散的N i 的活性比块状N i 的活性高很多;X u 等[24]制备的中空镍球在镍负载量很低的情况下也能对甲醇和乙醇表现出非常优异的电化学活性,T e h r a n i 等[25]制备了颗粒大小为~10n m 的镍晶体,并对甘油进行了电化学性能研究,表现出非常好的催化活性,且作为传感器也非常稳定㊂T a r a s z e w s k a 等[26]发现N i (O H )2/G C 对甲醇有非常好的电化学活性㊂N i 合金及其合金氧化物也被广泛应用于电化学氧化研究㊂如W a n g 等[27]通过循环伏安和计时电流法研究了N i -A l 修饰电极对甲醇的电氧化㊂N i C o 2O 4由于其高的电化学活性,低的价格成本以及在碱性溶液中的抗腐蚀性,日益吸引人们的注意,并应用于不同的新能源体系,目前已有少量的关于N i C o 2O 4应用于甲醇氧化研究的报道㊂综上所述,如何制备具有孔结构的电催化材料非常重要㊂根据国际纯粹与应用化学联合会(I U P A C )定义[28],介孔材料或者多孔材料根据其孔径大小可分为微孔材料(<2n m ),介孔材料(2~50n m )和大孔材料(>50n m )㊂微孔材料中典型的是沸石分子筛㊂硅铝沸石分子筛具有均一且开放的孔道结构,高的比表面积,稳定性好㊂硅铝分子筛沸石广泛应用于离子交换,吸附分离,石油化工和精细化工中㊂由于N i 在碱性溶液中不会被溶解掉[2930],通过离子交换,把硅铝分子筛中的N a +换为N i2+,就可以获得新型修饰金属型分子筛电极,并应用与MO R 研究[3134]㊂但是,如何提高分子筛的交换N i 2+的能力,从而获得更多的参与反应的活性N i2+是我们研究的一个方向㊂N i C o 2O 4尖晶石由于其高的电化学活性,低的价格成本以及在碱性溶液中的抗腐蚀性,日益引起了人们的注意,并应用于不同的新能源体系㊂例如,它们可以应用于锂离子电池㊁超级电容器㊁氧析出反应(O E R )和氧还原反应(O R R ),但是仅有少量的报道它们的甲醇的氧化反应(MO R )㊂在该反应中,大的表面积有利于电催化性能的提高,但是常规的方法需要采用硬模板或软模板,这又提高了样品的合成成本㊂采用无模板技术合成多级孔的u r c h i n -l i k e 状的N i C o 2O 4,并将此电极材料应用于碱性溶液中的甲醇电氧化研究是我们研究的另一方向㊂4.2 燃料电池阴极催化剂燃料电池的阴极反应是氧的还原反应(O x y ge nR e d u c t i o nR e a c t i o n ,O R R ),与氢的氧化相比,氧的还原过程更加困难,还原机理也比较复杂㊂关于O R R 在碱性溶液中的还原过程,氧分子还原为负四价的氧负离子基本上可以分为: 二电子反应途径 和 四电子反应途径㊂273沈阳师范大学学报(自然科学版) 第36卷1)二电子反应途径:O 2+H 2O +2e ң-OH -+HO -2O 2+H 2O +2e ң-OH -+HO -2(5)HO -2+H 2O +2e ң-3OH -HO -2+H 2O +2e ң-3OH -(6)或进行以下的歧化反应:2HO -ң22OH -+O 2(7)2)四电子反应途径:O 2+2H 2O +4e ң-4OH -(8)在碱性溶液中O R R 反应在经历二电子反应途径 时,产生中间态HO -2能稳定存在于溶液中,降低了能源有效利用㊂因此,在碱性溶液中希望O R R 反应是以直接四电子转移途径㊂在直接甲醇燃料电池反应过程中,阳极为甲醇的氧化,阴极为氧气的还原,P t 电极容易形成跨界反应 ,造成P t 电极失活㊂因此,研究低成本㊁活性高和稳定性的阴极电催化材料对阴极反应来说至关重要㊂碱性溶液中可催化还原氧气的非贵金属催化剂非常多,主要包括过渡金属大环化合物㊁过渡金属图6 所有石墨状形式的模板㊂石墨烯是一个二维结构的碳材料,可以加工形成各种维度的碳材料㊂它可以包裹成为零维的足球烯,卷成一维的纳米管,堆积成三维石墨F i g .6G r a p h e n e i s a t y p eo f b u i l d i n g m a t e r i a l f o r a l l k i n do f g r a ph i t i c c a r b o nm a t e r i a l s .G r a ph e n e i s a t w o -d i m e n s i o n s c a r b o nm a t e r i a l ,w h i c h c a nb e p r o c e s s e d i n t ov a r i o u s c a r b o nm a t e r i a l s ,s u c ha sf u l l e r e n e ,c a r b o n n a n o t u b e s a n d t h r e e -d i m e n s i o n sg r a ph i t e 碳化(W C )和杂原子掺杂的碳材料㊂由于杂原子掺杂碳材料的在酸碱性溶液中优异的化学稳定性㊁高的导电率以及超强的质子传质能力,碳材料在燃料电池O R R 反应中研究越来越多[3538]㊂而碳材料中的石墨烯是一种二位层状的物质,具有高的电导率㊁大的比表面积等一些优异的特点,将杂原子N (S ,B 和P )等原子掺杂到石墨烯等碳材料将会是今后研究的热点之一㊂图7 石墨电极㊁P t /C 电极㊁渗氮石墨电极在氧气饱和1摩尔的K O H 溶液中的O R R 反应R D E 测定曲线[39]F i g .7 R D Ec u r v e s o f g r a p h i t e ,P t /Ca n dN i t r o g e n -d o pe d g r a p h i t ew e r eu s e da s t h ew o r k i n g e l e c t r o d e t o w a r d o x y ge n r e d u c t i o n r e a c t i o n i nO 2-s a t u r a t e d 0.1M K O Hs o l u t i o n ,r e s p e c t i v e l y[39]图6表示的是以石墨烯为基本单元,组成各种不同结构的碳材料㊂自1985年,零维碳材料富勒烯的发现,引发了学者们的研究热潮㊂1991年,日本的研究者I i j i m a 发现一维的碳纳米管,将碳材料的研究推向进一步的高潮㊂2004年,英国的G e i m 和N o v o s e l o v 等人成功剥离出二维结构的石墨烯,并获得2010年诺贝尔物理奖,使得碳质材料成为新一轮的研究热点,对他材料的研究越来越多,越来越深入㊂2005年,科研工作者发现在K N O 3溶液中发现N 掺杂的碳纳米纤维具有一定的氧还原催化活性㊂之后,在不同的温度下,通过N H 3的气氛下数个小时来处理经过硝酸酸化的C N T s ㊂研究表明在800ħ下得到的N -C N T 在碱性溶液中表现出最好的O R R 电催化活性及稳定性㊂L i u 等人准备N 掺杂有序介孔碳材料,在950ħ下得到的材料对O R R 的最优的电催化性能,超过了商业化的P t /C ,且电子转移数~3.89,可以认为氧反应为四电子反应㊂自2010年,D a i [39]等人通过C V D 法制备的N 掺杂石墨烯对O R R 反应呈现着优异的电化学活性,使得广大科研工作者将M e t a l -f r e e 材料应用于O R R 中的广泛研究,见图7㊂氮掺杂碳材料制备方法大致可分为两类:1)直接掺杂法;2)氧化还原法㊂直接掺杂法是373第4期 余培锴,等:燃料电池中催化剂的电化学性能研究进展指在直接往碳材料中渗入氮元素进行复合反应,利用含碳和氮的前驱体高温热解,或者化学气相沉积(C V D )生长得到氮掺杂碳材料[3941]㊂氧化还原法在指在含氮的气氛中对含碳元素的前躯体材料进行后处理而制备氮掺杂碳材料㊂N H 3是最常用的含氮气体,还有用氮含量更高的双嘧啶㊁乙腈等气体;或者是将碳的氧化物在高温高压下用N H 3含氮气体进行还原㊂通常来说,直接掺杂法所需反应温度较低,N 掺杂的键合形式主要是吡啶氮或者吡咯氮;而通过氧化还原法所需反应温度较高,此时生成的N 掺杂的键合形式主要是石墨氮㊂然而,要控制N 掺杂的量以及N 掺杂的位置是十分困难的㊂图8 在渗氮的碳材料上氮原子的结合方式F i g .8 T h eb o n d i n g w a y o f N i t r o ge na t o mi n N i t r o g e n -d o pe dc a r b o nm a t e r i a l 图8为氮掺杂到碳材料中,氮掺杂形式主要有石墨氮(g r a p h i c -N )㊁吡啶氮(p y r d i n i c -N )和吡咯氮(p yr r o l i c -N )这三种键合结构出现㊂但是究竟哪种形式的氮会影响O R R 的催化活性呢?S i d i k 等[43]认为g r a p h i c -N 是O R R 的催化活性位点,因为N 和C 相邻,从C原子贡献电子至N 原子很容易,同时电子从N 原子反馈到C p 2轨道上也非常容易,这种贡献反贡献的过程非常有利于O 2吸附在C 原子上,同时使O 原子与C 原子之间形成稳定的化学键,有利于O R R 过程的进行㊂H u a n g 等[44]却持有不同观点,他们认为p y r i d i n i c -N 中的孤对电子才是有利于O 2的吸附,从而才能加速O R R 的进行㊂研究氮掺杂碳材料的活性中心时,应当考虑:1)氮键合结构不同时,催化剂的导电性是不是相近?2)催化剂中s p 2杂化时C 含量㊁石墨化程度是否一致的?一般来说,要形成g r a p h i t i c -N 需要在较高温度下进行,而高温条件下非常有利于碳材料的石墨化,从而影响材料的导电性,以及碳材料中s p 2杂化的C 结构㊂Y a n g 等[45]采用高温退火氧化石墨烯与二苄基二硫成功制备了硫掺杂石墨烯材料,应用于燃料电池阴极电催化剂在O R R 性能测试中,表现出优异的电催化活性,性能优于商业的P t /C 催化剂,且O R R 反应主要是以四电子为主㊂Y a o 等[46]采用相似的方法制备了碘掺杂了的石墨烯,在碱性溶液中对O R R 性能测试表现出非常优异的电化学活性㊂综上所述,杂原子掺杂的碳材料可以对O R R 反应表现出优异的电化学性能㊂如果能大量制备杂原子掺杂的碳材料,那么杂原子掺杂碳材料非常有望于商业化燃料电池的阴极材料㊂5 总 论目前,铂合金或者铂合金催化剂广泛应用于燃料电池中的各种电催化反应:醇类燃料电池的阳极氧化;氢气燃料电池中正极以及制备氢气的析氢反应(H E R )以及燃料电池的阴极氧还原(O R R )等等㊂但是,世界上铂金属储量有限,价格昂贵,并且铂基催化剂在醇类燃料电池中对甲醇的氧化反应(MO R )中的中间产物C O 容易中毒㊂对于燃料电池的阴极还原反应(O R R ),因氧分子的2电子反应过程所产生的中间产物(H 2O 2)会对催化剂活性位点发生腐蚀作用㊂在燃料电池的氧化还原化学中,阳极为甲醇时容易产生 跨界反应 ,催化剂失活等特点,大规模地发展铂金属催化剂的燃料电池非常困难㊂因此,探索制备新的非铂电催化剂至关重要㊂如何提高催化剂的催化活动,开发新的非贵金属催化剂已经成为燃料电池发展的长期研究课题之一㊂参考文献:[1]A N T O L I N IE .S t r u c t u r a l p a r a m e t e r so fs u p p o r t e df u e lc e l lc a t a l y s t s :T h ee f f e c to f p a r t i c l es i z e ,i n t e r -p a r t i c l e d i s t a n c e a n d m e t a l l o a d i n g o nc a t a l y t i ca c t i v i t y a n df u e l c e l l p e r f o r m a n c e [J ].A p p l i e dC a t a l ys i sB E n v i r o n m e n t a l 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t i v i t y E l e c t r o c a t a l y s t s [J ].JP h y s .c h e m C ,2009,113(5):17381745.[10]Q I Z ,G E N G H ,WA N GX ,e t a l .N o v e l n a n o c r y s t a l l i n eP d N i a l l o y c a t a l y s t f o rm e t h a n o l a n d e t h a n o l e l e c t r o -o x i d a t i o n i na l k a l i n em e d i a .JP o w e r S o u r c e s [J ].J o u r n a l o fP o w e r S o u r c e s ,2011,196(14):58235828.[11]R O T H C ,P A P WO R T H AJ ,HU S S A I NI ,e t a l .An e wP t -R um o d e l s y s t e mt o s t u d y t h e b i f u n c t i o n a lm e c h a n i s mo f e l e c t r o c a t a l y s i s [J ].J o u r n a l o fE l e c t r o a n a l y t i c a l C h e m i s t r y,2015,581(1):7985.[12]MA R T ÍN E Z -HU E R T A M V ,R O J A SS ,F U E N T EJL G D L ,e ta l .E f f e c to f N ia d d i t i o no v e rP t R u /C b a s e d e l e c t r o c a t a l y s t s f o r f u e l c e l l a p p l i c a t i o n s [J ].A p p l i e dC a t a l y s i sBE n v i r o n m e n t a l ,2006,69(1/2):7584.[13]P A S U P A T H I S ,T R I C O L IV.E f f e c to f t h i r d m e t a lo nt h ee l e c t r o c a t a l y t i ca c t i v i t y o fP t R u /V u l c a nf o r m e t h a n o l e l e c t r o -o x i d a t i o n [J ].J o u r n a l o f S o l i dS t a t eE l e c t r o c h e m i s t r y ,2008,12(9):10931100.[14]N E T O A O ,F R A N C O E G ,A R I C ÓE ,e t a l .N e w E l e c t r o c a t a l y s t s f o rE l e c t r o -O x i d a t i o no fM e t h a n o lP r e p a r e db y B ön n e m a n n sM e t h o d [J ].P o r t u g a l i a eE l e c t r o c h i m i c aA c t a ,2004,22(2):93101.[15]WA N GZB ,Z U OPJ ,Y I N GP .I n v e s t i g a t i o n so fC o m p o s i t i o n sa n dP e r f o r m a n c eo fP t R u M o /C T e r n a r y C a t a l y s t s f o rM e t h a n o l E l e c t r o o x i d a t i o n [J ].F u e l C e l l s ,2009,9(2):106113.[16]L I S ,Y U X ,Z HA N G G ,e t a l .G r e e n s y n t h e s i s o f aP t n a n o p a r t i c l e /p o l y o x o m e t a l a t e /c a r b o nn a n o t u b e t r i -c o m p o n e n t h y b r i da n d i t s a c t i v i t y i n t h e e l e c t r o c a t a l y s i s o fm e t h a n o l o x i d a t i o n [J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l sC h e m i s t r y,2011,49(6):19061911.[17]D I N G Y ,J I N B ,G U G ,e ta l .O n e -s t e pp y r o l y s i s m e t h o df o rt h es y n t h e s i so fh i g h l y e f f i c i e n t3D h o l l o w c a r b o n n a n o s t r u c t u r e s u p p o r t e dm e t a l l i c c a t a l y s t s [J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l sC h e m i s t r y,2009,19(48):91419146.[18]J I T E N D R A N ,R A J A N I S H N ,C HA N G Y M ,e ta l .A P r o m i s i n g A p p r o a c ht ot h eS y n t h e s i so f3D N a n o po r o u s G r a p h i t i cC a r b o na saU n i q u eE l e c t r o c a t a l y s tS u p p o r t f o r M e t h a n o lO x i d a t i o n [J ].C h e m s u s c h e m ,2010,3(4):460466.[19]S HA NMU G AM S ,G E D A N K E N A.S y n t h e s i sa n d E l e c t r o c h e m i c a lO x y g e n R e d u c t i o no fP l a t i n u m N a n o p a r t i c l e s S u p p o r t e do n M e s o p o r o u sT i O 2[J ].J o u r n a l o fP h y s i c a l C h e m i s t r y C ,2009,113(43):1870718712.[20]S HA R MA S ,G A N G U L Y A ,P A P A K O N S T A N T I O N O U P ,e ta l .R a p i d M i c r o w a v eS yn t h e s i so fC O T o l e r a n t R e d u c e dG r a p h e n e O x i d e -S u p p o r t e dP l a t i n u m E l e c t r o c a t a l y s t sf o rO x i d a t i o no f M e t h a n o l [J ].J o u r n a lo fP h y s i c a l C h e m i s t r y C ,2010,114(45):1945919466.[21]T I WA R IJ N ,P A N F M ,C H E N T M ,e ta l .E l e c t r o c a t a l y t i ca c t i v i t y o fP tn a n o p a r t i c l e se l e c t r o d e p o s i t e d o n a m o r p h o u s c a r b o n -c o a t ed s i l i c o nn a n o c o ne s [J ].J o u r n a l o fP o w e r S o u r c e s ,2010,195(3):729735.[22]F L E I S C HMA N N M.T h ek i n e t i c sa n d m e c h a n i s mof t h eo x i d a t i o no f a m i n e sa n da l c o h o l sa t o x i d e -c o v e r e dn i c k e l ,s i l v e r ,c o p p e r ,a n d c o b a l t e l e c t r o d e s [J ].J o u r n a l o f t h eC h e m i c a lS o c i e t y P e r k i nT r a n s a c t i o n s ,1972,2(10):13961403.[23]R A H I M M A A ,HAM E E D R M A ,K HA L I L M W.N i c k e l a sac a t a l y s t f o r t h ee l e c t r o -o x i d a t i o no fm e t h a n o l i n a l k a l i n em e d i u m [J ].J o u r n a l o fP o w e r S o u r c e s ,2004,134(2):160169.[24]X U C ,HU Y ,R O N G J ,e ta l .N ih o l l o w s p h e r e sa sc a t a l y s t sf o r m e t h a n o la n de t h a n o le l e c t r o o x i d a t i o n [J ].E l e c t r o c h e m i s t r y Co mm u n i c a t i o n s ,2007,9(8):20092012.[25]T E H R A N IR M A ,G HA N I SA.E l e c t r o c a t a l y s i s o f f r e e g l y c e r o l a t a n a n o n i c k e lm o d i f i e d g r a p h i t e e l e c t r o d e a n d i t s d e t e r m i n a t i o n i nb i o d i e s e l [J ].E l e c t r o c h i m i c aA c t a ,2012,70(6):153157.[26]T A R A S Z E W S K AJ ,R O S ŁO N E K G.E l e c t r o c a t a l y t i c o x i d a t i o n o fm e t h a n o l o n a g l a s s y c a r b o n e l e c t r o d em o d i f i e db yn i c k e l h y d r o x i d e f o r m e db y e x s i t uc h e m i c a l p r e c i p i t a t i o n [J ].J o u r n a l o fE l e c t r o a n a l y t i c a lC h e m i s t r y ,2004,364(1/2):209213.573第4期 余培锴,等:燃料电池中催化剂的电化学性能研究进展673沈阳师范大学学报(自然科学版)第36卷[27]WA N G Y,Z HA N GD,P E N G W,e t a l.E l e c t r o c a t a l y t i c o x i d a t i o n o fm e t h a n o l a tN i-A l l a y e r e dd o u b l e h y d r o x i d e f i l mm o d i f i e de l e c t r o d e i na l k a l i n em e d i u m[J].E l e c t r o c h i m i c aA c t a,2011,56(16):57545758.[28]M I L A Z Z O G.I U P A C-M a n u a l o f S y m b o l s a n dT e r m i n o l o g y f o r P h y s i c o c h e m i c a l Q u a n t i t i e s a n dU n i t sD.H.W h i f f e n(E d i t o r)[J].1981,128(2):285286.[29]R A H I M M A A,HAM E E D R M A,K HA L I L M W.N i c k e l a sac a t a l y s t f o r t h ee l e c t r o-o x i d a t i o no fm e t h a n o l i na l k a l i n em e d i u m[J].J o u r n a l o fP o w e r S o u r c e s,2004,134(2):160169.[30]X U C,HU Y,R O N G J,e ta l.N ih o l l o w s p h e r e sa sc a t a l y s t sf o r m e t h a n o la n de t h a n o le l e c t r o o x i d a t i o n[J].E l e c t r o c h e m i s t r y C o mm u n i c a t i o n s,2007,9(8):20092012.[31]K HA L I L M W,R A H I M M A A,Z I MM E R A,e ta l.N i c k e l i m p r e g n a t e ds i l i c a l i t e-1a sa ne l e c t r o-c a t a l y s tf o r m e t h a n o l o x i d a t i o n[J].J o u r n a l o fP o w e r S o u r c e s,2005,144(1):3541.[32]A B R I S HAMK A R M,I Z A D I A.N a n o-Z S M-5z e o l i t e:S y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o nt oe l e c t r o c a t a l y t i co x i d a t i o n o fe t h a n o l[J].M i c r o p o r o u s&M e s o p o r o u sM a t e r i a l s,2013,180(4):5660.[33]A B R I S HAMK A R M,K A H K E S H IFB.S y n t h e s i s a n d c h a r a c t e r i z a t i o no f n a n o-Z S M-5z e o l i t e a n d i t s a p p l i c a t i o n f o re l e c t r o c a t a l y t i c o x i d a t i o nof f o r m a l d e h y d e o v e rm o d i f i e d c a r b o n p a s t e e l e c t r o d ew i t h i o n e x c h a ng e d s y n th e si z e d z e o l i t ei na l k a l i n em e d i a[J].M i c r o p o r o u s&M e s o p o r o u sM a t e r i a l s,2013,167(5):5154.[34]R A O O FJB,A Z I Z I N,O J A N IR,e ta l.S y n t h e s i so fZ S M-5z e o l i t e:E l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o ro fc a r b o n p a s t ee l e c t r o d em o d if i e dw i t hN i(Ⅱ)-z e o l i t e a n d i t s a p p l i c a t i o n f o r e l e c t r o c a t a l y t i c o x i d a t i o n o fm e t h a n o l[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fH y d r og e nE n e r g y,2011,36(20):1329513300.[35]C H E NS,B I J,Z HA O Y,e t a l.N i t r o g e n-d o p e dc a r b o nn a n o c a g e s a s e f f i c i e n tm e t a l-f r e e e l e c t r o c a t a l y s t s f o r o x y g e n r e d u c t i o n r e a c t i o n[J].A d v a n c e d M a t e r i a l s,2012,24(41):56465646.[36]C H E NP.N i t r o g e n-d o p e d n a n o p o r o u s c a r b o n n a n o s h e e t s d e r i v e d f r o m p l a n t b i o m a s s:a n e f f i c i e n t c a t a l y s t f o r o x y g e n r e d u c t i o n r e a c t i o n[J].E n e r g y&E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e,2014,7(12):40954103.[37]Y ETN,L VLB,L IX H,e t a l.S t r o n g l y v e i n e d c a r b o nn a n o l e a v e s a s a h i g h l y e f f i c i e n tm e t a l-f r e e e l e c t r o c a t a l y s t[J].A n g e w a n d t eC h e m i e I n t e r n a t i o n a l E d i t i o n,2014,53(27):69056909.[38]Z HA O H,HU IKS,HU IK N.S y n t h e s i so f n i t r o g e n-d o p e d m u l t i l a y e r g r a p h e n e f r o m m i l k p o w d e rw i t h m e l a m i n ea n d t h e i r a p p l i c a t i o n t o f u e l c e l l s[J].C a rb o n,2014,76(9):19.[39]Q U L,L I U Y,B A E KJB,e t a l.N i t r o g e n-d o p e d g r a p h e n e a s e f f i c i e n tm e t a l-d r e e e l e c t r o c a t a l y s t f o r o x y g e n r e d u c t i o ni n f u e l c e l l s[J].A c sN a n o,2010,4(3):13211326.[40]WA N G Y,Z HA N G Y,HO U C,e ta l.U l t r a s e n s i t i v ee l e c t r o c h e m i c a l s e n s i n g o fd o p a m i n eu s i n g r e d u c e d g r a p h e n e o x i d es h e e t sd e c o r a t e d w i t h p-t o l u e n e s u l f o n a t e-d o p e d p o l y p y r r o l e/F e3O4,n a n o s p h e r e s[J].M i c r o c h i m i c a A c t a, 2016:18.[41]D E N GD,P A N X,Y U L,e t a l.T o w a r dN-d o p e d g r a p h e n ev i as o l v o t h e r m a l s y n t h e s i s[J].C h e m i s t r y o fM a t e r i a l s, 2011,23(5):11881193.[42]L I U H,L I U Y,Z HU D.C h e m i c a ld o p i n g o f g r a p h e n e[J].J o u r n a lo f M a t e r i a l sC h e m i s t r y,2012,21(10):33353345.[43]S I D I K R A,A N D E R S O N AB,S U B R AMA N I A N NP,e t a l.O2r e d u c t i o no n g r a p h i t e a n dn i t r o g e n-d o p e d g r a p h i t e:e x p e r i m e n t a n d t h e o r y.[J].J o u r n a l o fP h y s i c a l C h e m i s t r y B,2012,110(4):17871793.[44]T I A N W,Y U A NPF,Y U ZL,e t a l.E l e c t r o n i c p r o p e r t i e so fd o p e dh e x a g o n a l g r a p h e n e[J].A c t aP h y s i c aS i n i c a-C h i n e s eE d i t i o n,2015,64(4):46102.[45]S H E N GZ H,S HA O L,C H E NJ J,e t a l.C a t a l y s t-f r e e s y n t h e s i so fn i t r o g e n-d o p e d g r a p h e n ev i a t h e r m a l a n n e a l i n gg r a p h i t e o x i d ew i t hm e l a m i n e a n d i t s e x c e l l e n t e l e c t r o c a t a l y s i s[J].A c sN a n o,2011,5(6):43504358.[46]Y A O Z,N I E H,Y A N G Z,e ta l.C a t a l y s t-f r e es y n t h e s i so f i o d i n e-d o p e d g r a p h e n ev i aaf a c i l e-t h e r m a la n n e a l i n g p r o c e s s a n d i t s u s e f o r e l e c t r o c a t a l y t i c o x y g e n r e d u c t i o n i n a n a l k a l i n e m e d i u m.[J].C h e m i c a l C o mm u n i c a t i o n s,2012, 48(7):10271029.。