低温燃料电池阳极催化剂的研究进展

?６４?材料导报：综述篇２０１０年１月（上）第２４卷第１期低温燃料电池阳极催化剂的研究进展。

安筱莎，樊友军

（广西师范大学化学化工学院，桂林５４１００４）

摘要阳极催化剂是低温燃料电池的关键材料之一，研制新型催化剂对燃料电池的性能及成本起着关键作用。从改变催化剂的组成、分散度及调控催化剂的表面结构３个方面综述了近年来低温燃料电池阳极催化剂的研究进展，并展望了该领域今后的发展方向。

关键词低温燃料电池阳极催化剂分散度表面结构

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＡｎｏｄｅＣａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｕｅｌＣｅｌｌｓ

ＡＮＸｉａｏｓｈａ，ＦＡＮＹｏｕｊｕｎ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｘｉＮｏｍｍｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４）

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０引言

燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的电化学反应装置，作为先进能源技术的典型代表，其潜在的应用前景受到了广泛关注。按照工作温度的不同，燃料电池可分为低温燃料电池（６０～１２０℃）、中温燃料电池（１６０～２２０℃）和高温燃料电池（６００１０００℃）３大类［１］。其中，低温燃料电池包括质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）和直接甲醇燃料电池（ＤＭＦＣ），由于它们具有工作温度低、启动快、能量转化效率高、储存和运输便利等优点而受到重视，是燃料电池优先发展的类型之一［ｚ］。目前，较多的研究集中在寻找高性能的电催化剂、质子交换膜以及膜电极集合体（ＭＥＡ）的制备等方面。本文主要针对新型电催化剂的研制，从改变催化剂的组成、分散度以及调控催化剂的表面结构等方面综述了近年来低温燃料电池阳极催化剂的国内外研究进展。

１改变催化剂的组成

目前低温燃料电池所用阳极催化剂的有效成分仍以铂为主。由于铂不仅成本较高、资源有限，而且易被燃料氧化产生的ＣＯ等中间产物毒化，大大限制了其广泛的应用［３］。因此，研制新型电催化剂、降低贵金属用量并提高电催化剂的性能就显得尤为重要。通过改变催化剂的化学组成来提高其性能的主要途径是在有效成分Ｐｔ的基础上添加其他金属元素或金属氧化物等助催化成分。此外，还对其他各种非Ｐｔ系催化剂进行了有益的尝试。

１．１Ｐｔ基表面合金催化剂

为了提高Ｐｔ催化剂的活性和抗Ｃ０毒化的能力，在Ｐｔ的基础上添加１种或多种其他金属元素制成Ｐｔ基二元或多元表面合金催化剂，取得了一定的进展。其中对于二元合金体系，主要对ＰｔＭ（Ｍ—Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｄ等）型催化剂进行了广泛的研究［４．５】，发现ＰｔＲｕ和ＰｔＳｎ体系是目前催化效率最高的二元催化剂，且其活性与不同的阳极氧化反应有关，ＰｔＲｕ对甲醇氧化的催化效率最高，Ｐｔｓｎ则对乙醇氧化表现出更高的活性。其他的ＰｔＭ型催化剂尽管活性不及ＰｔＲｕ和ＰｔＳｎ体系，但均比一元纯Ｐｔ催化剂的活性高。如Ｚｈｏｕ等［５］以活性碳ＸＣ－７２Ｒ为载体制得几种Ｐｔ基二元合金催化剂，循环伏安法和直接乙醇燃料电池（ＤＥＦＣ）单电池测试结果表明Ｓｎ、Ｒｕ、Ｗ和Ｐｄ等的加入增强了Ｐｔ的乙醇氧化活性，其活性大小顺序为：Ｐｔｓｎ／Ｃ＞ＰｔＲｕ／Ｃ＞ＰｔＷ／Ｃ＞Ｐｔ－Ｐｄ／Ｃ＞Ｐｔ／Ｃ。为了提高燃料电池的长期工作稳定性和电催．化活性，人们又尝试在催化效率最高的ＰｔＲｕ和ＰｔＳｎ体系的基础上再加入１种或２种金属制得多元合金催化剂，研究显示它们的活性比相应的二元合金高。如Ｗａｎｇ等分别研究了酸性介质中Ｎｉ［６］和ＭｏＵ］对ＰｔＲｕ／Ｃ催化剂电催化氧化乙醇行为的影响，发现Ｎｉ和Ｍｏ的加入均明显提高了ＰｔＲｕ／Ｃ对乙醇氧化的催化活性和耐ＣＯ毒化的能力。

表面合金催化剂的性能除了与催化剂的元素组成有关外，还受合金中各组成元素的原子比聃’９１及催化剂的合金化程度【ｌ们等影响。如Ｃａｍａｒａ等［８１研究了ＰｔＲｕ催化剂的不同

＊教育部留学回国人员科研启动基金；广西自然科学基金（０９９１０９３），ｆ－西研究生教育创新计划资助项目安筱莎：女，硕士研究生樊友军：通讯作者，男，教授Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｕｊｕｒｆｆａｎ＠ｍａｉｌｂｏｘ．ｇｘｎｕ．ｅｄｕ．ｃａ

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