燃料电池催化材料的进展
微生物燃料电池纳米纤维极材料的研究进展
微生物燃料电池纳米纤维极材料的研究进展一、简述随着全球能源需求的不断增长和环境污染问题的日益严重，寻找清洁、高效的能源替代方案已成为全球科学家和工程师的重要课题。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFCs)作为一种新型的可再生能源技术，因其具有高能量密度、低成本、无污染等优点，近年来受到了广泛关注。
然而MFCs的实际性能受到电极材料的影响，因此研究高性能电极材料对于提高MFCs的能量转换效率具有重要意义。
纳米纤维极材料作为一种新型电极材料，具有比表面积大、导电性好、机械强度高等优点，被认为是MFCs领域的一个重要研究方向。
近年来研究人员通过合成、改性等多种方法制备了一系列纳米纤维极材料，并在MFCs中进行了性能测试。
这些研究表明，纳米纤维极材料可以显著提高MFCs的电流密度和功率密度，同时降低电极材料的体积和重量，从而提高MFCs的性能。
此外纳米纤维极材料还具有良好的耐腐蚀性和生物相容性，有利于实现MFCs的长期稳定运行。
尽管纳米纤维极材料在MFCs领域取得了一定的研究成果，但仍面临着许多挑战，如纳米纤维的可控性不足、电极材料的稳定性差等问题。
因此未来研究需要进一步优化纳米纤维极材料的制备工艺，提高其性能稳定性，以满足MFCs的实际应用需求。
1. 微生物燃料电池的概述；微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一种利用微生物(如细菌、真菌等)作为催化剂，通过氧化还原反应将有机物转化为电能的新型能源设备。
自20世纪90年代以来，微生物燃料电池因其具有低成本、无污染、可再生等优点，逐渐受到学术界和工业界的关注。
近年来随着生物技术的发展，微生物燃料电池的研究取得了显著的进展，不仅在理论上得到了深入探讨，而且在实际应用中也取得了重要突破。
微生物燃料电池的核心部件是电极材料，其性能直接影响到电池的性能和稳定性。
因此研究和开发高性能、高稳定性的电极材料对于提高微生物燃料电池的能量效率和使用寿命具有重要意义。
新能源技术知识：新型燃料电池催化剂材料的研究与应用
新能源技术知识：新型燃料电池催化剂材料的研究与应用随着世界能源需求的不断增长，对于新能源的研究和应用也越来越受到人们的重视。
燃料电池作为一种环保、高效的新能源技术，已经在交通、工业、家庭等领域得到了广泛的应用。
而作为燃料电池中最关键的催化剂材料，其研究和应用也越来越成为学术研究和工业发展的重要方向。
一、新型燃料电池催化剂材料的研究燃料电池作为一种从化学能转换为电能的装置，其中催化剂的作用就是在电池的电极反应过程中提供密切的接触和活化催化作用。
目前燃料电池所使用的催化剂多为贵金属，如铂、钯、金等，但这些金属催化剂价格昂贵，资源稀缺，因此开发替代铂族金属的非贵金属催化剂材料，对于促进燃料电池的开发和应用具有十分重要的意义。
1.非贵金属催化剂材料的研究非贵金属催化剂材料目前研究热点主要包括过渡金属氧化物、氮化物、碳材料和有机化合物等。
这些研究开辟了新型非贵金属催化剂的新途径，从而提高了燃料电池的电化学性能和稳定性。
其中，过渡金属氧化物在催化电池氧化反应时显示出良好的催化活性和长期稳定性，因此被广泛研究和应用。
氮化物由于具有高的电子密度和催化活性，因此也成为了非贵金属催化剂研究的重要对象。
而碳材料（如碳黑、碳纳米管等）和有机化合物（如多孔有机催化剂化合物等）由于其廉价、易于制备、多功能等特性，也在新型催化剂材料的研究和开发中处于不可忽视的地位。
2.多孔催化材料的研究在非贵金属催化剂材料研究中，除了单一材料的研究外，多孔催化材料的研究也受到了广泛关注。
多孔催化材料具有极高的比表面积和孔隙度，可以提高催化剂材料中活性材料的负载量，并且有助于增强其催化活性和稳定性。
当前，多孔材料的制备技术主要包括模板法、自组装法、物理化学法等，通过这些方法制备的多孔催化材料，已经在催化转化、电化学能源、环境治理等领域得到了广泛应用。
二、新型燃料电池催化剂材料的应用新型燃料电池催化剂材料的研究虽然目前还处于实验室阶段，但是已经开始在实际应用中得到了广泛的关注和应用。
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。
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。
直接乙醇燃料电池阳极催化剂的研究进展
燃料 电池 以其高转化 率 、 低环 境 污染 、 低 噪音 污 染 、 安 全 可靠 、 不随负荷 大小 而变化 的发 电效率 等优 点受 到 越来 越 多
的关 注 。在 环境 问题 日益 严重 的今 天 ， 其对 解决 经 济发 展 与 能 源短缺 以及环 境污染 之间 的矛盾有很 大 的助益 ＿ １ ］ 。
・
１ ２ ８ ・
材 料 导报 Ａ： 综述篇
２ ０ １ ３年 １ １月 （ 上） 第２ ７卷 第 １ １ 期
直 接 乙 醇 燃 料 电池 阳 极 催 化 剂 的 研 究 进 展
王旭 红 ， 朱 慧 ， 刘 飞 ， 黄金 山 ， 董如林。 ， 倪 红军
（ １ 常州大学材料科学 与工程学 院， 常州 ２ １ ３ １ ６ ４ ； ２ 常熟理工学院化学与材料工程学 院， 常熟 ２ １ ５ ５ ０ ０ ； ３ 常州大学石油化工学院 ， 常州 ２ １ ３ １ ６ ４ ）
料 电 池 阳 极催 化 剂及 担 载物 的发 展 。
关键 词 直接 乙醇燃料电池 阳极 电催化剂 催化剂载体
中图分类号 ： Ｔ Ｋ９ １
文献 标 识 码 ： Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ａｎ ｏ ｄ ｅ Ｃａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ Ｅｔ ｈａ ｎｏ ｌ Ｆｕ ｅ ｌ Ｃｅ ｌ ｌ
ａ ｎ ｏ ｄ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ ｏ ｄ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｏ ｌ ｆ ｕ ｅ ｌ ｃ ｅ ｌ ｌ ，ａ ｎ ｏ ｄ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ － ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ
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。
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。
燃料电池催化剂改性技术发展现状和挑战
燃料电池催化剂改性技术发展现状和挑战燃料电池作为一种新兴的清洁能源技术，被广泛应用于车辆动力、绿色能源等领域。
其中，催化剂是燃料电池中起关键作用的组成部分，其性能直接影响着燃料电池的效能和可持续性。
随着对燃料电池系统不断提高的要求，燃料电池催化剂的改性技术不断发展，以提高催化活性、耐久性和成本效益。
本文就燃料电池催化剂改性技术的现状和面临的挑战进行探讨。
一、燃料电池催化剂改性技术的现状当前，改性燃料电池催化剂技术主要有合金化、支撑剂改性和掺杂等。
合金化是指将两种或多种金属催化剂简单地合成一种材料，以提高其电化学活性。
例如，Pt和其他金属（如Co、Ni等）的合金化可以增加活性位点的数量，提高催化剂的电导性和稳定性。
支撑剂改性是将金属催化剂负载在具有高表面积、孔隙结构和化学稳定性的支撑材料上，以增加催化剂的活性和稳定性。
掺杂是指将一种或多种杂质元素引入催化剂中，以调控其电子结构和表面活性。
这些技术在改善燃料电池催化剂的性能方面发挥了重要作用。
目前，Pt基催化剂仍然是燃料电池最常用的催化剂，但其高昂的成本限制了燃料电池的商业化应用。
因此，降低催化剂成本是目前改性技术的主要研究方向之一。
一种常见的策略是减少Pt含量，同时改善催化剂的活性和稳定性。
为此，研究人员发展了许多非贵金属催化剂，如过渡金属和合金化过渡金属氮化物。
例如，过渡金属卟啉化合物在燃料电池催化剂中的应用受到了广泛关注。
此外，金属有机框架材料也被认为是一种有潜力的Pt替代材料。
二、燃料电池催化剂改性技术面临的挑战尽管燃料电池催化剂改性技术取得了显著进展，但仍然存在一些挑战。
首先，改性催化剂的活性和稳定性问题仍然是研究的热点。
改性催化剂在燃料电池中需要具备良好的催化活性和长期稳定性，以满足实际应用需求。
尤其是在高温、高压、高湿度等恶劣环境条件下，催化剂容易发生聚集、脱落和失活等问题。
因此，如何提高改性催化剂的耐久性仍然是一个亟待解决的问题。
其次，改性催化剂的制备工艺和成本问题亟需解决。
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燃料电池的研究1
应用物理学-2014051413-周泽鑫
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能清洁高效地直接转化为
电能的发电装置。
燃料电池的种类有碱性氢氧燃料电池，质子交换膜型燃料电池，碳酸盐型磷酸盐型燃料电池，固体氧化物燃料电池等。
燃料电池具有清洁
高效等特点，但传统的燃料电池的效率远远不够使燃料电池广泛使用。
本文主
要介绍近几年对提高燃料电池效率的方法。
质子交换膜电池PEMFC一种以离子交换膜为电解质，以Pt/C为氧化剂，
以氢气等作为燃料的高效清洁的燃料电池。
单PEMFC的电极材料Pt较为昂贵，难以普及，因此需要寻求更加廉价的材料作为电极催化剂。
主要是对Pt进行
其他材料的掺杂和寻找非Pt材料。
质子交换膜以Pt为催化材料，而Pt表面极易吸收Co，使电催化剂Pt中
毒失活，从而导致电池效率大幅下降，在对新型电催化材料的研究中，需要使
催化材料具有抗Co中毒特性。
1.Pt的掺杂
实验表明，对Pt进行非pt材料的掺杂在一定程度上可以提高燃料电池的
效率。
Fe掺杂的实验表明，Fe的加入能提高催化剂的电催化性能，Pt-Fe催化
剂比一般Pt催化剂具有更小的晶格参数，Pt-Fe的形态为合金不排除表明存在
部分氧化态【1】。
将超级电容器材料聚苯胺引入电极催化剂中，聚苯胺在催化剂
中具有在瞬间电流负载时缓冲电池电压和电池大电流放电时平稳电压的作用。
实验中，通过掺杂10%聚苯胺的催化剂与未掺杂的Pt催化剂进行对比，发现掺
杂后的还原电流明显高于未掺杂的Pt催化材料。
当掺杂量达到30%时，催化效
率开始下降，说明聚苯胺掺杂量过高是会影响催化效率【2】。
催化效率的下降可
能为当聚苯胺的掺杂量过高时，聚苯胺会将催化材料Pt覆盖，影响对气体燃
料的吸附。
另外，聚苯胺对于减缓催化剂载体的腐蚀有积极作用。
在Mo的掺
1第7期燃料电池催化材料的进展
杂实验中，对pt/C催化剂进行不同Mo含量的掺杂，在硫酸乙醇溶液中，
Pt
2
Mo/C 中的活性组分颗粒稍大于其他催化剂。
在本研究的不同Mo 掺杂量的
催化剂中, Pt2Mo/C 催化剂具有最高的乙醇氧化催化活性, 同时具有最稳定的
工作性能【3】。
2.非Pt材料催化剂
Pt的掺杂材料具有高效的特性，但主要的催化材料还是Pt这一贵重金属，
因此研发出不含Pt的催化材料是一个解决燃料电池不能推广这一难题的途径。
有研究表明，利用三联吡啶(TPY)为配体合成出Fe-TPY复合物，之后分别
在600、 700、800和900℃的温度下热处理制备出一种新的ORR Fe-N/C催化剂，同时对Fe/TPY的摩尔比和Fe载量进行了优化。
结果表明，热处理温度为800℃，Fe含量为5%、Fe/TPY的摩尔比为1：5时Fe-N/C催化剂的氧还原催化活性最高【4】。
非Pt材料的研究还有，碳化钨材料具有强度高，抗氧化性强，导电导热能力强，优良的附着性、高弹性、具有化学惰性等特点，是许多工业材料的首选。
在对
Pt/C催化剂和AuPd-WC/C复合电催化剂的比较试验【6】中可得知，当金、钯和碳
化钨的质量比例为1：2：1时，复合催化剂显示出更好的性能，AuPd-WC/C复
合电催化剂对于氧化乙醇催化活性的大幅度提高要归功于通过现场还原法制
备催化剂时金和钯的均匀分布；同时碳化钨也大大改进了 AuPd-WC/C复合电催
化剂的催化效果。
结果表明，将碳化钨纳米晶体加入到金和钯中，在碱性溶液
中氧化乙醇的性能得到明显的改善。
3.新型碳材料
近年来，一直炒的沸沸扬扬的新型碳材料也可作为电极催化剂。
碳纳米管
自从被发现以来，其独特的结构造成的独特的物理和化学特性被科学家所关注。
碳纳米管在科研等许多领域都有广泛的应用。
由于碳纳米管并不能直接作为电极催化材料，因此，碳纳米管只是作为一
个载体，需要在碳纳米管上沉积Pt作为催化材料。
碳纳米管作为催化材料的载
体可以大幅增加催化材料的表面积，以大幅度加快催化反应速率，降低Pt的使
用量。
在碳纳米管沉积Pt的方法有许多，其中有用浸渍还原法制备Pt-CNTS催化
剂。
将活化处理过的碳纳米管用乙醇润湿，加入H
2PtCl
6
溶液，与碳纳米管充分
混合. 用碳酸钠调pH值到7.8 ,在加入硼氢化钠溶液，反应后，自然冷却到室温，超声波震荡2 h。
最后将混合液过滤，清洗，于80 ℃下真空干燥，即制得Pt-CNTS 催化剂。
以聚多巴胺功能化的碳纳米管作为电极材料实验【6】中表明该复合物对氧还原具有良好的催化性能．另外，通过调节Pt与Pd的比例，研究发现单独的Pd对氧的还原效果不好，比例为1：3的Pt—Pd合金纳米材料效果最好，说明Pt与Pd 对氧还原有协同效应。
对氮功能化的碳纳米管研究表明【7】，N 掺入石墨结构后使得碳纳米管具备了一定的碱性，因而其表面活性增加。
N 掺杂碳纳米管可稳定的负载金属纳米颗粒，从而实现较高的金属分散度和较窄的粒径分布，其负载的 Pd，Au，Pt 或 Ag 等技术纳米颗粒具有较大的表面积体积比，在氧还原、醇氧化和肼氧化等重要反应中具有良好的催化性能。
实验中，氮功能化的碳纳米管具有更高的催化活性和稳定性，对Pt的利用率也得到了提高（高达97%），节省了Pt的使用量。
在燃料电池的研究中，燃料电池的电极催化剂远远不止几种，而且燃料电池真正普及化遇到的困难也不是只在催化剂材料，如气体燃料的储存等都是未能解决的问题。
燃料电池具有清洁高效的特点，要真正发挥其优点需要对燃料电池不断优化升级。
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