燃料电池催化剂文献报告
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。
燃料电池技术发展进步,催化剂发展分析报告
燃料电池技术发展进步，催化剂发展分析随着技术进步和产量上升，催化剂成本未来有望降低至目前的5%。
根据美国能源局预测，目前单车催化剂成本大约为13万元，随着氢燃料电池汽车年产量的上升，催化剂成本会逐步下降，当年产量达到50万辆时，单车催化剂成本将降低至0.7万左右，只有目前成本的5%。
控制催化剂成本对氢能源汽车商业化意义重大，目前技术发展对降低铂用量已经有显著成效。
降低催化剂成本方面，主要通过降低铂使用量和研发非铂催化剂两条路径。
丰田通过优化铂/钴合金比例，将Mirai的电堆铂金载量降低至0.17g/kW左右。
本田Clarity的电堆由于使用单原子层技术，铂金载量更是低至0.12g/kW。
日清坊株式会社也研究出了用碳基合金替代铂的催化剂材料，目前供应巴拉德的燃料电池系统。
表：不同车型氢燃料电池用铂情况资料来源：公开资料整理1、国内催化剂技术发展进度海外企业较为领先，国内尚处于实验室阶段，逐步具备一定国产化能力。
在燃料电池催化剂领域，海外部分企业已经能够实现批量化生产，而且性能稳定，其中英国的JohnsonMatthey和日本的Tanaka（田中）是全球铂催化剂巨头。
国内由于燃料电池产业化进程相对落后，大部分企业主要还是处于实验室阶段，具备国产化能力的企业主要有两类：1）国内企业，目前国内已经部分有公司和全球龙头合作；2）电堆研发实力较强的研究机构，主要是大连化物所、清华大学、同济大学等高校。
例如，中国科学院大连化学物理研究所制备的Pt3Pd/C合金催化剂，已应用于新源动力生产的燃料电池发动机。
武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司自与清华大学（核能与新能源技术研究院）2018年攻克了燃料电池催化剂量产技术，产能达到1200g/天规模（可满足40台36kw燃料电池电堆使用），并具备大规模工业化生产条件。
量产Pt/C催化剂主要包括40wt%、50wt%、60wt%、70wt%几种规格，具有高活性、高稳定性、低成本优势。
燃料电池催化剂文献报告
燃料电池催化剂文献报告系统性的介绍摘要本文介绍了燃料电池催化剂的原理、应用领域、研究现状和发展趋势。
从原理上讲，燃料电池催化剂可提供电子转移，从而使反应得以发生。
介绍了不同类型的燃料电池催化剂，以及它们的特点。
综观近几十年的应用领域，燃料电池催化剂在工业环境中开展了大量的应用，可以在汽车、清洁能源、医疗电子、微型机等领域改善性能和安全程度。
在发展现状中，介绍了燃料电池催化剂的研究主要集中在提高催化剂的活性、稳定性和耐久性方面。
另外，介绍了燃料电池催化剂的未来发展趋势，包括燃料电池、高效锂离子电池催化剂、氢氧化锂电池催化剂和高温燃料电池催化剂。
关键词：燃料电池；催化剂；活性；稳定性；耐久性IntroductionFuel cells are electrochemical devices that can convert chemical energy into electrical energy. The effective operationof fuel cells requires the presence of catalysts that canfacilitate electron transfer at the electrodes, thus allowingthe reactions to occur. A fuel cell catalyst is a material that enhances the rate of fuel cell oxidation and reduction reactions. Different types of fuel cell catalysts, such as Pt, Pd, Ru, Rh, and Ir, have been developed and applied in fuel cell systems.TheoryApplicationsFuel cell catalysts have been used in a variety ofindustrial applications over the past decades, such as automotive, clean energy, medical electronics, and micro-machines. In automotive applications, fuel cell catalysts can improve the performance and safety of the fuel cell system. In clean energy applications, fuel cell catalysts can facilitate the efficient conversion of chemical energy into electricity. In medical electronics, fuel cell catalysts can be employed in portable medical electronics and implantable medical devices. For micro-machines, fuel cell catalysts can be used to power micro-machines operating in extreme environments.Current Research and Trends。
燃料电池催化剂的制备与应用研究
燃料电池催化剂的制备与应用研究燃料电池是一种能够将化学能直接转化为电能的设备，拥有高效、清洁、环保等优势，被广泛应用于交通运输、能源储备和备用电力等领域。
而燃料电池中的催化剂起着至关重要的作用，不仅能够促进燃料电池的反应速率，还可以增强电催化活性，提高燃料电池的效率和稳定性。
燃料电池催化剂的制备方法有多种，其中最常用的是物理合成和化学合成。
物理合成是通过高温煅烧和磁控溅射等方法制备催化剂，具有制备过程简单、操作便捷等优势。
而化学合成则是通过溶胶-凝胶法、共沉淀法等方法制备催化剂，具有制备过程可控性好、得到高纯度催化剂等优势。
但无论是哪种制备方法，最终目的都是制备出高活性、高稳定性的催化剂。
制备催化剂的关键在于优化其物理性质和化学性质。
物理性质主要包括催化剂的粒径、形貌和分散度等，而化学性质则包括催化剂的氧化还原能力、电子传导能力和活性位点等。
优化这些性质可以增加催化剂与反应物之间的接触面积，提高反应速率和电催化活性。
在燃料电池催化剂的应用研究方面，最常见的就是氢氧化物燃料电池（简称PEMFC）。
PEMFC采用质子交换膜作为电解质，常见的催化剂则是铂。
然而，铂催化剂的昂贵性和稀缺性严重制约了PEMFC的商业化应用。
因此，当前研究主要集中在开发替代铂催化剂。
近年来，针对替代铂催化剂的研究成果逐渐涌现。
一种备受关注的是非贵金属催化剂，如过渡金属氮化物、硫化物和磷化物等。
这些非贵金属催化剂具有较低的成本和较高的催化活性，因此具有很大的潜力应用于PEMFC中。
除了非贵金属催化剂，还有一种备受关注的是核壳结构催化剂。
该催化剂由金属核和过渡金属氢氧化物壳组成，核壳结构可以增加催化剂的电子传导能力和分散度，提高催化活性和稳定性。
此外，还可以通过调控核壳结构的尺寸和比例来优化催化剂的性质。
除了制备与应用研究，燃料电池催化剂还面临着一些挑战。
首先，虽然非贵金属催化剂具有较低的成本，但其催化活性还需要进一步提高。
其次，多种催化剂的结构和性质对燃料电池性能影响复杂，需要深入研究其工作机制。
醇类燃料电池新型催化剂的研究
循 环 伏 安 和 计 时 电 位 实 验 是 在 德 国 ＩＭ６ｅ 电 化 学 工 作 站 上 进 行 ， 采 用 阴 阳 极 分 开 的 三 电 极 体 系 ， 工 作 电 极 为 ０．３３ ｃｍ２
收稿日期：２００５－１２－０８ 基金项目：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （２０４７６１０８）； 国 家 十 五 ８６３ 项 目 （２００３ ＡＡ ５１７０５０）； 广 东 省 自 然 科 学 重 点 基 金 项 目（０１１０５５００）； 广 州 市 科 技 攻 关 重 点 项 目（２００３ Ｚ ２－Ｄ ００８１） 作者简介： 徐 常 威（１９７５—）， 男 ， 广 东 省 人 ， 博 士 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 燃料电池。 Ｂ ｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｘ Ｕ Ｃ ｈａｎｇ－ｗ ｅｉ（１９７５—）， ｍａｌｅ， ｃａｎｄｉｄａｔｅ ｆｏｒ Ｐｈ Ｄ．
５６３ Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．９
Ｓｅｐ． ２００５
电源技术
研究与设计
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐ ｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ
取 ０．２００ ｇ 碳 黑 （ Ｖｕｌｃａｎ ＸＣ－ ７２， 美 国 Ｃａｂｏｔ 公 司 ） 置 于 １００ ｍＬ 烧 杯 中 ， 加 入 １５ ｍＬ 异 丙 醇 水 溶 液 （ 异 丙 醇 与 水 体 积 比 为 １∶３） ， 再 滴 入 ５．８１ ｍＬ ０．２ ｍｏｌ／Ｌ ＣｅＣｌ３ 水 溶 液 ， 超 声 搅 拌 １０ ｍｉｎ， 再 滴 加 Ｋ２ＣＯ３ 溶 液 直 至 ｐＨ 为 ９， 随 后 把 沉 淀 物 用 蒸 馏 水 清 洗，直 至 清 洗 的 水 的 ｐＨ 为 ７。 把 清 洗 后 沉 淀 物 放 在 烘 箱 里 ８０ ℃干 燥 。 干 燥 后 将 干 燥 的 上 述 样 品 ， 进 行 如 下 微 波 加 热 程 序 ： 加 热 ２０ ｓ， 停 ６０ ｓ 反 复 进 行 六 次 ， 反 应 系 统 冷 却 后 ， 得 到 ０．３８２ ｇ 样 品 。Ｘ 射 线 衍 射 图 如 图 １， 发 现 ＣｅＯ２ 的 立 方 结 构 的 晶 体 特 征 峰 ， 并 没 有 发 现 Ｃｅ２（ＣＯ３）３ 的 特 征 峰 ， 说 明 负 载
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。
燃料电池催化剂文献报告
燃料电池催化剂文献报告燃料电池是一种基于电化学原理的能量转化设备，可以将化学能直接转化为电能。
其中，燃料电池的催化剂在电池反应中起着至关重要的作用。
催化剂能够降低活化能，加速电化学反应速率，提高燃料电池的性能。
本文将综述燃料电池催化剂的研究进展和相关的文献。
燃料电池常用的催化剂包括铂（Pt）和铂合金，因为它们具有良好的电化学活性和稳定性。
然而，铂催化剂的昂贵导致燃料电池成本高昂，限制了其广泛应用。
因此，寻找替代的、廉价和高效的催化剂成为研究的热点。
以铂基催化剂为例，近年来的研究主要集中在改善催化剂的活性和稳定性。
一种常用的方法是通过合成纳米结构来增加催化剂的表面积。
研究表明，纳米颗粒的尺寸和形状对催化剂的活性和稳定性具有重要影响。
例如，较小尺寸的纳米颗粒通常具有较大的比表面积和较高的活性，但较小的尺寸也会导致较低的稳定性。
因此，研究人员通过调控催化剂纳米颗粒的大小和形状，寻找最佳的催化剂性能。
另外，改变催化剂的组成也是提高燃料电池性能的重要途径。
铂合金催化剂是一种常见的选择，通过与其他金属元素合金化可以提高催化剂的活性和稳定性。
例如，铂镍（Pt-Ni）合金催化剂在质子交换膜燃料电池中显示出较好的性能，因为镍的添加可以增加催化剂的氧气还原反应活性，并降低铂的用量。
此外，控制催化剂的表面结构和表面态也是改善催化剂性能的关键。
表面结构的控制可以通过合成方法、溶剂选择和添加剂等手段实现。
而催化剂的表面态可以通过调节电子结构和晶体缺陷来实现。
除了铂基催化剂，其他替代催化剂的研究也日益受到关注。
例如，过渡金属非贵金属（TM/NP）合金催化剂被认为是替代铂催化剂的有希望候选者。
这些非贵金属催化剂具有较低的成本、丰富的资源和良好的催化活性。
过渡金属硫化物、氮掺杂碳材料和杂化催化剂也是研究的焦点。
综上所述，燃料电池催化剂的研究在寻找更高效、廉价的催化剂方面取得了显著进展。
未来的研究将继续致力于优化催化剂的活性、稳定性和成本效益，以推动燃料电池技术的发展。
燃料电池的催化剂研究与应用技术
燃料电池的催化剂研究与应用技术在当今能源领域，燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换装置，正受到越来越广泛的关注。
而催化剂在燃料电池的性能提升中起着至关重要的作用，其研究与应用技术的不断发展，为燃料电池的大规模商业化应用带来了新的希望。
燃料电池的工作原理是将燃料（如氢气、甲醇等）和氧化剂（通常为氧气）通过电化学反应转化为电能和水。
在这个过程中，催化剂能够降低反应的活化能，加快反应速率，提高能量转换效率。
然而，传统的燃料电池催化剂通常基于贵金属（如铂），其成本高昂、资源稀缺，限制了燃料电池的广泛应用。
因此，开发高性能、低成本的新型催化剂成为了当前燃料电池研究的热点之一。
目前，研究人员主要从以下几个方面开展燃料电池催化剂的研究工作：一是降低贵金属的用量。
通过优化催化剂的结构和组成，如采用核壳结构、合金化等方法，可以在保证催化性能的前提下，减少铂等贵金属的使用量。
例如，核壳结构的催化剂，将少量的铂作为外壳，包裹在非贵金属的内核上，既降低了成本，又能利用铂的高催化活性。
二是探索非贵金属催化剂。
除了贵金属，一些非贵金属（如铁、钴、镍等）及其化合物也具有一定的催化活性。
研究人员通过合理设计催化剂的形貌、结构和电子特性，提高非贵金属催化剂的性能。
例如，过渡金属氮化物、碳化物等在某些反应中表现出了较好的催化活性和稳定性。
三是开发新型载体材料。
催化剂的载体不仅能够分散和稳定催化剂颗粒，还会影响催化剂的活性和稳定性。
目前，常用的载体材料有碳材料（如炭黑、石墨烯、碳纳米管等）、金属氧化物等。
研究人员通过对载体材料进行改性处理，如掺杂、表面官能化等，改善其与催化剂的相互作用，提高催化剂的性能。
在燃料电池催化剂的应用技术方面，也取得了一些重要的进展。
在催化剂的制备方法上，传统的湿化学法（如浸渍法、共沉淀法等）仍然被广泛使用，但一些新的制备技术，如微波辅助合成、等离子体处理等，也逐渐崭露头角。
这些新技术能够更精确地控制催化剂的结构和组成，提高催化剂的性能。
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实验结果与讨论
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实验结果与讨论
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冷却
洗涤和抽滤至中性
磁力搅拌 油浴加热
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60℃真空干燥
具体实验步骤
碳管+100ml乙醇 超声30min 5mg/ml CoCl2
通N2 1h 匀浆
NaBH4 (0.5 mg in 10 mL 0.1 M NaOH) 反应30min N2环境 室温
升温到120°C
逐滴加入50% N2H4 •H2O
反应 10 h
RuCl3和 H2PtCl6 (10 mg Ru and 20 mg Pt in 20 mL H2O)
反应 5 h
过滤，乙醇和水洗
真空50°C干燥，12 h
催化剂
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实验结果与讨论
由图知： Co@Pt–Ru核壳 粒子的粒径为 25-35nm。 Co核的平均粒 径为30nm，Pt– Ru壳的平均粒 径为3.4nm。
它在材料学、化学组装、药物输送、生物化 学诊断等领域具有极大的潜在应用价值。
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核壳结构的分类
根据核-壳材质的不同,可将其主为3 类: ➢ 有机-无机型(聚合物-金属、聚合物-非金属等)
➢ 无机-有机型(金属-聚合物 、非金属-聚合物等) ➢ 无机-无机型(金属-金属、金属-非金属等）
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核壳结构的主要制备方法
基本结构
阳极 质子交换膜 阴极
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文献介绍
文章介绍了一种制备负载在多壁碳管表面 Co@Pt–Ru核壳结构的方法：通过一种新方 法控制Co在碳管表面的沉积速率和数量， 用硼氢化钠和水合肼做为还原剂来一步一 步实现这一过程。制备的催化表现了很好 的电化学性能。
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MCNTs 6M HNO3
具体实验步骤
回流8h
溶胶- 凝胶法 机械混合法 化学镀法 异相形核法 醇盐水解法
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直接甲醇燃料电池
定义： 是直接利用甲醇水溶液为燃料,氧或空气作为氧 化剂的一种新型燃料电池。
特点： 系统结构简单 体积能量密度高 燃料补充方便
应用领域： 移动电源 车用电源
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背景介绍
工作原理
电池：CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2 H2O Ecell= 1.18V 阳极: CH3OH + H20 → CO2 + 6H+ + 6e E1 = -0.016 V
Co@Pt–Ru core-shell nanoparticles supported on multiwalled carbon nanotube for methanol
oxidation
Hongbin Zhao, Lei Li , Jun Yang, Yongming Zhang Electrochemistry Communications 10 (2008) 1527–1529
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主要内容
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背景知识介绍
核壳结构 燃料电池
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核壳结构的组成
核壳结构粒子是具有双 层或者是多层结构的复合 粒子。
构成内核和外壳的物质 可以是相同的，也可以是 不同的。
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核壳结构的性质
核一壳型复合微球集无机、有机、纳米粒 子诸多特异性质于一体，可通过控制核一壳的 厚度等实现复合性能的调控。
通过对核一壳结构、尺寸的剪裁，可调控 它们的磁学、光学、力学、热学、电学、催化 等性质，因而具有诸多不同于单组分胶体粒子 的性质。