聚合物电解质燃料电池中的酞菁催化剂
电解质溶液中的电解反应的催化剂
电解质溶液中的电解反应的催化剂电解质溶液是指溶质在溶剂中形成离子的溶液。
在电解质溶液中，电解反应是通过离子的迁移和化学转化来实现的。
然而，电解反应的速率通常较慢，需要辅助剂来催化反应。
这些催化剂能够降低反应的活化能，提高反应速率，并且在反应过程中不被消耗。
一、电解质溶液中电解反应的催化剂的分类电解质溶液中的电解反应的催化剂可分为两类：阳极催化剂和阴极催化剂。
1. 阳极催化剂阳极催化剂是指在电解质溶液中，促使氧化反应（即阴离子向阳极迁移）进行的催化剂。
常见的阳极催化剂包括铂、铂铱合金、铝等。
以铝的电解过程为例，铝阳极电极上的阴离子（通常是氧化物离子或氢氧根离子）被催化剂吸附，通过电子的转移和化学反应，氧化反应可以快速进行。
这使得铝阳极电极上的反应速率大大提高，从而使得铝电解过程更加高效。
2. 阴极催化剂阴极催化剂是指在电解质溶液中，促使还原反应（即阳离子向阴极迁移）进行的催化剂。
常见的阴极催化剂包括铁、镍、氢气等。
以铁的电解过程为例，铁离子在阴极电极上通过电子的转移和化学反应进行还原反应。
阴极催化剂可以提供电子给铁离子，降低还原反应的活化能，从而提高反应速率。
二、电解质溶液中电解反应的催化剂的机理催化剂在电解质溶液中的催化作用是通过两种机理实现的：表面催化和电化学催化。
1. 表面催化表面催化是指催化剂通过在其表面与反应物发生物理或化学吸附，并改变反应物之间的排列和键的强度，从而降低反应的活化能，促进反应进行。
在电解质溶液中，催化剂通过吸附阴离子或阳离子，改变其扩散速率和反应速率，进而催化电解反应的进行。
2. 电化学催化电化学催化是指催化剂通过与电解质溶液中的参与反应的离子交换电子，改变反应物之间电荷分布和电荷数目，从而影响反应速率。
在电解质溶液中，催化剂可以通过供电子给阴离子，或者从阳离子中接收电子来促进电解反应的进行。
三、电解质溶液中电解反应的催化剂的应用电解质溶液中的电解反应催化剂广泛应用于电化学领域和工业生产中。
应用电化学---第二章 电催化过程
(3)高超电势金属，a值在1.0—1.5v之间，主 要有Cd，Hg，Tl，Zn，Ga，Bi，Sn等
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氢气在不同金属电极上析出超电位的解释：
取决于M-H结合的强度，强度太小，不 利于电化学反应，强度太大不利于电化学 脱附，所以只有M-H结合强度适中的金属 才具有高的催化析氢性能。
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对氧气还原的电催化研究主要有两个目的
（1）避免经历二电子途径，产生过氧化氢； （2）必须在尽能使反应在平衡电位
（1.229V）附近发生。
❖设计燃料电池的催化剂时，应该保证氧气 直接还原为水。
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氧气还原是经历四电子途径还是二电子
途径，主要取决于氧气与电极表面的作用 方式.电催化剂的选择则是实现二电子途径 或四电子途径的关键，鉴别四电子途径还 是二电子途径的方法是检测反应过程中是 否存在过氧化物中间体。
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❖上面各步基元反应中，究竟哪一步是限速 环节，各学者的意见并不一致。例如，迟 缓放电理论认为第一步最慢，而复合理论 则认为第二步是限速环节，也有人认为各 反应步骤的速率近似，反应属于联合控制。
❖大量研究表明，上述的反应机理和速度控 制步骤不仅依赖于金属的本质和金属表面 状态，而且随电极电势(或电流密度)、溶液 组成和温度等因素而变化。
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§2.1 电催化原理
许多化学反应尽管在热力学上是可行的， 但由于反应速度太小而没有实际意义。为了 使这类反应具有使用价值，就需要引入催化 反应和催化剂，以降低总反应的活化能、提 高反应速率。--化学催化因此而诞生
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华东理工大学科技成果——环境友好型聚酯用钛系催化剂
华东理工大学科技成果——环境友好型聚酯用钛系催化剂项目简介环境友好型聚酯用钛系催化剂系列产品包括PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、聚酯多元醇（己二酸或对苯二甲酸基）、粉末涂料用聚酯等多个聚酯品种生产所需的催化剂。
上述钛系催化剂外观均为浅黄色至无色透明液体，具有常温不水解、不含重金属元素、活性高、选择性高、添加量少、使用成本低、不属易燃易爆危险品等优点，是取代现有重金属（锑系和锡系）催化剂以及钛酸酯类催化剂的新一代环境友好型催化剂。
该系列钛系催化剂产品由超细粉末国家工程研究中心自主开发，均已实现批量生产，并在大型聚酯生产装置（20万吨/年PET装置、1万吨/年PBS装置等）成功得到应用。
所属领域化工、材料
项目成熟度产业化
应用前景
以PET为例，目前90%PET生产采用的是锑系重金属催化剂，按照2009年世界PET产量6000万吨计算，如其中30%采用钛系催化剂，则该催化剂的总需求量约为2400吨，产值将超过3亿元。
知识产权及项目获奖情况
上述钛系催化剂已申请国家发明专利7项，日本专利1项，美国专利1项，获发明专利授权5项。
本项目得到国家973项目、自然科学基金项目、上海市纳米专项等项目的支持。
合作方式技术转让、合作开发等方式均可。
金属卟啉(酞菁)电催化碳氯键活化
金属卟啉(酞菁)电催化碳氯键活化金属卟啉(酞菁)电催化碳氯键活化导论排放温室气体和其他有害的化学物质对人类和环境的影响已经成为一个全球性议题，因此发展气体控制技术非常关键。
其中，间歇和连续氧化催化剂通常用于处理气体污染物，如有毒有机化学品和CO（一氧化碳），但是由于这些催化剂存在两个主要不足之处，即高温和高压，分别是使用成本和催化剂寿命的问题，因此寻找低温、低压条件下的反应催化剂是一个十分重要的研究课题。
酞菁是一种含有四个吡啶基团的大环分子，这是一种典型的天然具杂环配位。
酞菁及其衍生物被广泛用于涉及光学，电子和化学方面的许多应用。
酞菁是自然界中广泛存在的一类天然色素，在某些场合，人们发现酞菁及其衍生物具有催化和光催化二氧化碳还原的能力。
近年来，酞菁的研究不断拓宽了其在生物领域的应用，并展示出酞菁在催化反应中的良好连接性。
金属卟啉催化剂因其显着的抗氧化性，良好的坚硬度和其丰富的LUMO（最低未占据分子轨道）导致了它们对各种化学反应的高度选择性，在氧化，还原和羧化等反应中被广泛应用。
这本身说明，作为一种酞菁化合物，金属卟啉也应该在环境治理方面得到广泛应用。
本文主要介绍金属卟啉电催化碳氯键活化的研究进展和未来发展方向。
碳氯键活化的重要性许多农药，药物和有机卤化物具有碳氯键。
它们可以被认为是持久性有机物的主要成分之一，由于其具有强大的毒性和潜在的致癌性，使得这类有机物成为最大的环境污染物之一。
因此，开发新型的，高效的碳氯键活化方法对于碳氢化合物的环保合成过程中也尤为关键。
金属卟啉电催化活化碳氯键在很多氧化、还原和羧化反应中，金属卟啉均获得了良好的结果。
这说明金属卟啉可作为电催化还原剂，对于有机化合物的活化也有重要的应用价值。
在常规条件下，有机卤化物与金属卟啉发生有机还原反应的机理主要是:通过电子转移将金属卟啉的卤化分子分离，产生具有更高还原型的共轭离子。
金属与亲电的基团作用，使初始的酞菁体得到电子的供给，而亲电性团则获得所需的电子并进行断裂。
燃料电池DMFC综述
直接甲醇燃料电池燃料电池是21世纪首选的“绿色”发电方式,直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell,DMFC)是目前继质子交换膜燃料电池(PEMFC)之后,商业化最好的燃料电池。
它是将甲醇和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。
DMFC除了具有一般燃料电池的优点外,同时还具有室温快速启动、可靠性高、燃料补充方便、体积和质量比能量密度高、红外信号弱、装置轻便机动性强等特点,是一种极有发展前途的清洁能源用功率源,在手机电源等微型移动电源和千瓦级的工业用可移动电源及电动车方面有广泛的应用前景,是燃料电池未来发展的重要方向。
从技术层面上讲, DMFC的研究开发目前依然面临着以下挑战:即①常温下燃料甲醇的电催化氧化速率较慢;②贵金属电催化剂易被CO类中间产物毒化;③在长期使用过程中,甲醇易渗透过质子交换膜到达阴极,使得阴极电催化剂对氧还原性降低、电池性能下降[5-6]。
目前,解决上述问题的方法一是需要开发高活性抗CO中毒的阳极电催化剂;二是需要开发新的质子交换膜,有效地减少甲醇的渗透。
随着将直接甲醇燃料电池组应用到便携式产品进程的加快,这就要求DMFC 在室温和常压下使用,对电催化剂的性能提出更高的要求。
【9】目前,DMFC所用的电催化剂均以铂为主催化剂成分,因为只有铂才具有足够的电催化活性(对于两个电极反应均具有电催化活性)以及在强酸性化学环境中良好的耐腐蚀性能使得它可长期工作。
但是铂的价格较为昂贵,且资源溃乏,使得DMFC的成本居高不下,限制了其大规模的应用。
当前在DMFC催化剂方面研究的重点主要集中于:(1)提高铂的有效利用率,降低其用量;(2)改善其性能衰退问题；(3)寻找新的价格较低的非贵金属催化剂。
1：燃料电池燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
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”。
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。
燃料电池膜电极国际领先的功率密度_概述说明
燃料电池膜电极国际领先的功率密度概述说明1. 引言1.1 概述燃料电池膜电极是一种关键的能源转换装置，将化学能转化为电能。
其功率密度是评估其性能优劣的重要指标之一。
随着全球对清洁能源需求的增加和环境意识的提高，燃料电池膜电极功率密度的国际领先地位显得尤为重要。
1.2 文章结构本文将以燃料电池膜电极国际领先的功率密度为主题进行探讨。
首先，我们将对燃料电池膜电极进行概述，介绍其基本原理和结构特点。
接着，我们将详细阐述国际领先的功率密度表现，并分析影响功率密度的因素。
随后，我们将深入探讨提高燃料电池膜电极功率密度的重要性，并介绍国际领先的技术和成果以及对能源产业和环境保护所带来的意义与贡献。
最后，我们将讨论实现国际领先的方法，并展望其未来前景。
1.3 目的本文旨在全面了解燃料电池膜电极国际领先的功率密度，并探讨提高其功率密度的方法和途径。
通过深入研究和分析，希望能够揭示燃料电池膜电极功率密度优势的重要性，并为进一步研究和发展提供有益的参考意见。
顺应全球能源转型的浪潮，推动清洁能源技术的创新与发展，从而实现可持续发展目标。
燃料电池膜电极国际领先的功率密度概述2.1 什么是燃料电池膜电极燃料电池膜电极是指由质子交换膜（PEM）和催化剂层组成的一种核心元件。
质子交换膜能够传递氢离子，并具有出色的质子选择性和导电性能。
催化剂层主要用于催化氢与氧之间的反应，以产生电能。
2.2 国际领先的功率密度表现在燃料电池领域，功率密度是衡量其性能优劣的重要指标之一。
因为提高功率密度可以增加单位时间内所产生的电能输出，从而使燃料电池更加高效和可靠。
国际上存在许多竞争激烈的公司和科研机构，在提高燃料电池膜电极功率密度方面取得了显著进展。
2.3 影响功率密度的因素提高燃料电池膜电极功率密度主要受到以下几个因素的影响：首先，催化剂活性是决定功率密度的重要因素之一。
高活性的催化剂能够加速氢与氧之间的反应速率，从而提高电池输出功率。
其次，质子交换膜的传导性能对功率密度也有重要影响。
聚酯钛系催化剂
聚酯钛系催化剂聚酯钛系催化剂是一类常用的催化剂，广泛用于聚酯的生产过程中。
聚酯是一种重要的高分子材料，具有优良的物理性质和化学性质，在工业和生活中有着广泛的应用。
本文将从聚酯的定义、聚酯钛系催化剂的作用、聚酯的生产过程等方面进行介绍和探讨。
聚酯是由酯基单体通过酯交换反应或缩合反应而形成的高分子化合物。
聚酯可以分为线性聚酯和交联聚酯两种类型。
线性聚酯是由酯基单体线性缩合而成的高分子，通常用于纤维、薄膜、塑料等领域；交联聚酯是由酯基单体交联而成的高分子，具有较好的耐热性、耐溶剂性和机械性能，通常用于涂料、油墨、胶粘剂等领域。
在聚酯的生产过程中，聚酯钛系催化剂起着至关重要的作用。
聚酯钛系催化剂可以促进聚酯的聚合反应，提高聚酯的分子量和物理性质。
聚酯钛系催化剂通常是由钛酸酯和有机酸等组成的配合物，具有良好的热稳定性和催化活性。
聚酯的生产过程通常包括酯交换反应和缩合反应两个步骤。
其中酯交换反应是指酯基单体之间的相互交换反应，产生中间体二酯；缩合反应是指二酯和酯基单体之间的缩合反应，形成聚酯高分子。
在聚酯的生产过程中，聚酯钛系催化剂被加入到反应体系中，促进聚酯的聚合反应，提高聚酯的分子量和物理性质。
聚酯钛系催化剂的催化机理是通过钛酸酯和有机酸等配合物的相互作用，促进聚酯的聚合反应。
钛酸酯具有良好的催化活性和热稳定性，有机酸则可以与钛酸酯形成络合物，提高催化活性和选择性。
聚酯钛系催化剂在聚酯的生产过程中，可以有效地控制反应速率和分子量分布，提高聚酯的物理性质和工艺性能。
聚酯钛系催化剂是一类常用的催化剂，在聚酯的生产过程中起着至关重要的作用。
聚酯钛系催化剂可以促进聚酯的聚合反应，提高聚酯的分子量和物理性质。
聚酯的生产过程通常包括酯交换反应和缩合反应两个步骤，聚酯钛系催化剂被加入到反应体系中，可以有效地控制反应速率和分子量分布，提高聚酯的物理性质和工艺性能。
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［ ］ 穴的直径约为 ! 可以容纳铁、 铜、 钴、 铝、 镍、 钙、 钠、 " # $% &$ ，
聚合链上的给体形成配位键或静电作用形成的聚合酞菁 （K 型， 图L所示） ； （ ） 掺杂型 （M 型） 将酞菁以物理机械方法掺入 L 有机或无机的聚合物链 （> ） 中。 C 9 5 : N
镁、 锌等金属元属。环本身是一个具有 ’ ( 个 ! 电子的大 ! 体 系， 因此其上电子密度的分布相当均匀， 以致于分子中的四个 苯环很少变形， 并且各个碳 氮间的长度几乎相等。酞菁的大 ! ) 键体系是其具有本征导电性的基本条件， 中心的两个 * 原子则 可以被不同的金属离子取代， 并与两个 + 原子形成共价键， 另 两个 + 原子再以配位键与金属离子结合成十分稳定的络合物， 形成多种金属酞菁。酞菁周边的四个苯环上有 ’ , 个氢原子， 它们可以被许多原子或基团取代， 派生出更多的衍生物。
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聚合物电解质燃料电池 （= ） 是一种以固体聚合物为 > ? @ : 电介质的能量转换装置。操作温度为室温到 ’ 具有高效、 " R，
［ ］ & ! F 高比能量和环境友好等特点 。与其它燃料电池相比， = > #
制了铂作为电催化剂燃料电池的商品化。在美国， 如果用 = > # 当前铂的产量只能满足 & ? @ :作为汽车动力源， " S 的汽车用电 池中的催化剂 （每辆电动汽车所用燃料电池中约需要! "K铂作
题， 世界各国科研工作者正在努力寻找其它的非贵金属化合物 来代替铂的使用， 例如金属氧化物、 合金和过渡金属大环化合 物等。 金属酞菁和金属卟啉化合物具有高的共轭结构和化学稳 定性， 对分子氧还原表现出良好的电催化活性， 近几年来逐渐 成为了氧还原电催化剂主要研究方向。本文将详细介绍金属 酞菁类化合物作为 = 对金属酞菁类化合物用 > ? @ :的电催化剂， 作氧还原电催化剂的研究情况进行分析， 并给出机理上的探 讨。 （! ） 3 酞菁类化合物 ’ 2 3 ; 3 酞菁
（! ， ） ! " " 聚合酞菁 " # & ’ & ( # " ) ( * + * , ! ! ) $ % $ ［ ］ ’ F ( /年， G 6 4 D 5 1 4报道了聚合酞菁的概念和制备方法 ( 。 它有效地利用了酞菁化合物的功能性， 在H B 8中引入官能团并 将H 是增强其溶解性能、 改善其加工性能和提 B 8制成聚合物， 高其功能性的有效途径。 根据聚合酞菁连接的方式或成键的类型可将聚合酞菁分
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—*， —. —0 —+ * . * *， * /， #—0 #， —+ —. ， —. 0 1 +； #，
用使氧还原沿着J电子历 程进行， 氧分子直接得到 J 个电子还原成 * 而钴酞菁使氧 0， # 分子还原沿着过氧化物历程进行， 氧分子只能得到两个电子生 成* 0 # #。 " " ! 中心金属对分子氧还原的催化作用 ［ ， ］ ’ J ’ L 根据实验所得的数据 ， 金属酞菁类化合物氧还原催