质子交换膜燃料电池催化剂研究
质子交换膜燃料电池电催化剂的研究现状与展望
摘
要： 概述 了质 子 交换膜 燃 料 电池 电催 』 的研 究进 展 以及 制 备技 术 ， 质 子 交换 膜 燃 料 电池 匕剂 就
（ Ｅ Ｃ 的发展 前 景提 出 了作 者的看 法 。 Ｐ ＭＦ ）
关 键词 ： 理化 学 ； 子 交换膜 燃料 电池 ； 料 电池 ；电催 化 剂 物 质 燃
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
三部分 。电极是 其 核 心 组 成 部 分 ， 电极性 能是 由 而
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 大 电流 密 度 放 电 时 的
（ Ｆ ） 磷 酸燃 料 电 池 （ Ａ Ｃ） 熔 融 碳 酸 盐 燃 料 电 ＡＣ 、 ＰＦ 、
池 （ Ｆ ） 固体 氧化 物 燃 料 电池 （ Ｏ Ｃ） 后 正 在 ＭＣ Ｃ 、 ＳＦ 之
化 剂 的研究 进展 及 其 制 备 技术 ， 设 计 和 制备 开 发 为
高 效 、 成本 、 毒化 和低过 氧 电位 的 电催化 剂提 供 低 抗
ＺＨＡＮＧ ｕ ｍ ｉ Ｊ ｎ ｎ，Ｗ ＥＮ ｉｇ，Ｌ ｎ Ｍ ｎ ＩＹａ ｇ，ＧＵＡＮ ｅｍｉ ｇ Ｗ ｉ ｎ （ ｕ ｍｉ ｓｔｔ ｏ ｒ ｉｕ ｅａ ， ｕ ｍｎ ， ｕ ｎｎ６ ００ ，Ｃ ｉａ Ｋ ｎ ｎ Ｉ ｔｕｅ ｆ ｅ ｏ ｓＭ ｔｌ Ｋ ｎ ｉｇ Ｙ ｎａ ５ １６ ｈｎ ） ｇｎｉ Ｐ ｃ ｓ
电池性 能 、 行 寿命 及成本 等 。所 以 ， 运 电催 化 剂 的
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。
燃料电池系统中氢质子交换膜的研究
燃料电池系统中氢质子交换膜的研究燃料电池技术作为清洁能源领域的重要代表之一，在近年来受到了广泛关注和研究。
其中，氢质子交换膜作为燃料电池系统中至关重要的组件之一，起着承载电化学反应活性物质、传递质子的关键作用。
对氢质子交换膜的研究不仅对于提高燃料电池系统的效率和稳定性具有重要意义，同时也有助于推动燃料电池技术的进一步发展和应用。
本文将从氢质子交换膜在燃料电池系统中的作用机制、研究现状、存在问题以及解决方案等方面展开深入探讨，旨在为燃料电池技术的发展提供一定的参考和启示。
燃料电池系统中的氢质子交换膜是连接阳极和阴极的关键部件，承担着将氢气（阳极）和氧气（阴极）之间传递质子的功能。
在燃料电池系统中，氢气在阳极催化剂层上发生氧化反应，生成质子和电子，质子通过氢质子交换膜传递至阴极；电子则通过外部电路传递至阴极，与氧气发生还原反应，最终生成水蒸气。
氢质子交换膜的导电性、质子传导性、稳定性等性能直接影响整个燃料电池系统的工作效率和稳定性。
在当前燃料电池技术研究领域，氢质子交换膜材料的研究是一个备受关注的热点。
研究人员通过结构设计、材料改性等途径，不断探索提高氢质子交换膜性能的新方法和新途径。
目前，常见的氢质子交换膜材料包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯硫醚（PSS）、聚磺酸酰亚胺（PSU）等。
然而，传统的氢质子交换膜材料存在着导电率低、质子传导率不稳定、耐热性和耐化学腐蚀性不足等问题，制约了燃料电池系统整体性能的提升。
为了解决传统氢质子交换膜材料存在的问题，研究人员开始探索新型氢质子交换膜材料的开发和应用。
纳米材料作为一种新兴材料，在氢质子交换膜领域也展现出了巨大的潜力。
石墨烯、碳纳米管、纳米氧化物等纳米材料的引入，可以有效提高氢质子交换膜的导电性和质子传导性，改善燃料电池系统的工作稳定性和效率。
同时，采用复合材料、功能化改性等技术，也可以有效地提升氢质子交换膜的综合性能，为燃料电池技术的发展带来新的机遇和挑战。
质子交换膜燃料电池催化剂研究现状
质子交换膜燃料电池是一种基于氢气和氧气的电化学能转化技术，可以高效地将化学能转化为电能，是清洁能源领域备受关注的技术之一。
而质子交换膜燃料电池的催化剂则是关乎其性能的关键因素之一。
本文将就质子交换膜燃料电池催化剂研究现状展开分析。
一、传统催化剂传统的质子交换膜燃料电池催化剂主要采用铂类金属作为活性成分，因其高电催化活性及化学惰性而被广泛应用。
然而，铂类金属催化剂存在成本高、资源稀缺和耐久性差等问题，限制了质子交换膜燃料电池的商业化应用。
二、非铂族催化剂为了解决传统催化剂的问题，近年来在质子交换膜燃料电池催化剂领域涌现了一系列非铂族催化剂，如过渡金属氮化物、碳基催化剂、钴基催化剂等。
这些催化剂具有丰富的资源、低成本和良好的电催化活性，成为替代传统铂族催化剂的重要选择。
三、合成方法目前，质子交换膜燃料电池催化剂的合成方法主要包括溶液法、高温炭烧法、溶胶-凝胶法、物理混合法等。
这些合成方法能够控制催化剂的形貌、结构和表面性质，从而调控其电催化性能。
四、性能改进为了提高质子交换膜燃料电池催化剂的电催化性能，研究者们也尝试引入纳米材料、掺杂、表面修饰等方法进行性能改进，提高催化剂的活性和稳定性。
结合理论计算和表征手段，对催化剂进行深入研究，为催化剂性能的优化提供了理论指导。
五、未来展望随着能源领域的不断发展和创新，质子交换膜燃料电池催化剂的研究也将迎来更多挑战和机遇。
未来，研究者们将继续探索新型高效、低成本的催化剂，致力于解决质子交换膜燃料电池在商业化应用中面临的问题，推动其向更加可持续、环保的方向发展。
总结起来，质子交换膜燃料电池催化剂研究已经取得了诸多进展，从传统的铂族催化剂到非铂族催化剂的发展，再到合成方法和性能改进的探索，都为质子交换膜燃料电池的发展奠定了坚实的基础。
未来，随着新材料和技术的不断涌现，质子交换膜燃料电池催化剂的研究必将迎来更加美好的未来。
希望通过本文的介绍，读者能对质子交换膜燃料电池催化剂研究现状有所了解，也能感受到这一领域的重要性和潜力。
质子交换膜燃料电池Pt-C电催化剂和膜电极的研究共3篇
质子交换膜燃料电池Pt-C电催化剂和膜电极的研究共3篇质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究1质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型的绿色能源，具有高效、环保、安全等优点，在交通、通讯、军事等领域有广泛的应用前景。
其中，催化剂和膜电极是PEMFC中的核心组件，对其性能有着至关重要的影响。
Pt/C电催化剂是PEMFC任务的关键催化成分，它能够将氢气和氧气反应生成水，并释放出电子以供使用。
它具有优异的电催化性能，但也存在着一些问题。
首先，成本较高；其次，存在催化剂中毒现象，即金属Pt颗粒表面容易发生氧化、变形等现象，导致电催化性能下降。
对此，研究者通过合成各种新型催化剂，如Pd/C、Au/C等，优化了催化剂的成分和结构，使催化剂的性能得到了提升。
膜电极作为PEMFC的重要组成部分，它包含质子交换膜（PEM）、电极催化剂层以及电极支撑层等三个部分。
其中，PEM具有分离和传导质子的作用，电极催化剂层可以将氢和氧反应生成电子和水，而电极支撑层则起到支撑和导电的作用。
在PEMFC中，膜电极的性能直接影响着整个燃料电池的发电性能。
目前，研究者主要从材料、制备工艺以及结构等方面进行了改进和优化，如在PEM中引入新型功能单元，如多酸（H3PW12O40）、氧化石墨烯（GO）等，通过调控其结构和比表面积等参数，能够使其性能有所提升。
然而，Pt/C电催化剂和膜电极所存在的问题仍然不容忽视。
目前，研究者正在寻求解决这些问题的有效途径。
例如，可以通过调整Pt/C电催化剂的制备方法和成分结构，减少其成本，并提高其催化效率；在PEM中添加新型功能单元，改善PEM的性能，使其具有更好的质子通道、更优异的导电性能和更稳定的化学性能；在电极催化剂层中引入新型催化剂，如非贵金属催化剂等，降低催化剂成本，同时提高其催化效率及稳定性。
综上所述，Pt/C电催化剂和膜电极是PEMFC中的核心组件，对其性能有着至关重要的影响。
质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备与表征的开题报告
质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备与表征的开
题报告
一、研究背景
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换技术，已经广泛应用于移动设备、交通工具和一些小型能源系统中。
PEMFC是
一种电化学装置，其电化学反应发生在燃料电极和氧气电极之间的质子
交换膜中。
阴极是PEMFC中的关键部件，其催化剂系统的性能直接影响
电化学反应活性和燃料电池的性能。
当前，Pt/C是PEMFC阴极催化剂的主要材料。
虽然Pt/C具有良好的电化学性能和稳定性，但其高成本限制
了PEMFC的商业应用和大规模生产。
因此，如何制备成本较低、性能稳
定的PEMFC阴极催化剂是PEMFC研究的重要方向之一。
二、研究内容
本次研究旨在探究一种合成质子交换膜燃料电池阴极催化剂的方法
以及其在PEMFC中的性能表现。
具体研究内容如下：
1. 合成具有高催化活性的质子交换膜燃料电池阴极催化剂，制备方
法包括化学还原法、微乳法等常规合成方法。
2. 采用扫描电镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等表征技术对所合成的催化剂进行形貌和结构表征，并验证其催化性能。
3. 在PEMFC中测试所制备的阴极催化剂的电化学性能，包括催化活性、稳定性、耐久性等。
三、研究意义
本次研究的成果可以为PEMFC阴极催化剂的开发提供新的思路和方法，促进其应用于移动设备和日常生活中。
同时，研究成果还可以为质
子交换膜燃料电池技术的推广和应用提供支持，促进清洁能源的发展。
质子交换膜燃料电池催化层材料
质子交换膜燃料电池催化层材料简介质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前被广泛研究和应用的一种先进能源转换技术。
催化层是PEMFC中关键的组成部分，它在电化学反应中起到催化作用。
本文将深入探讨质子交换膜燃料电池催化层材料的研究进展、性能要求以及最新的发展方向。
催化层材料的研究进展传统催化层材料1.Pt/C催化剂：铂基催化剂是催化层中最常用的材料，具有良好的催化活性和电化学稳定性。
然而，铂是一种稀有贵金属，价格昂贵，限制了质子交换膜燃料电池商业化的发展。
2.非贵金属催化剂：为了降低成本并减少对稀有资源的依赖，研究者们开始寻找代替铂的非贵金属催化剂。
例如，过渡金属氮化物和碳氮化物具有相当的催化活性，但其稳定性仍需进一步提高。
新型催化层材料1.单原子催化剂：近年来，研究者们提出了一种新型的催化剂——单原子催化剂。
单原子催化剂具有高的原子利用率和催化活性，可以有效降低铂的使用量，并提高催化剂的稳定性和抗中毒性。
2.二维催化剂：二维材料具有大比表面积、优异的导电和传质性能，因此被广泛研究用于催化层材料的设计。
例如，石墨烯和二硫化钼等材料在质子交换膜燃料电池中表现出良好的催化活性和稳定性。
催化层材料的性能要求1.催化活性：催化层材料需要具有高的催化活性，以促进气体分子的电化学反应。
高催化活性可以提高质子交换膜燃料电池的功率密度和效率。
2.电化学稳定性：质子交换膜燃料电池工作在严酷的电化学环境中，催化层材料需要具有良好的电化学稳定性，以防止催化剂的氧化和溶解，从而提高催化层的寿命。
3.抗中毒性：催化层材料需要具有抗中毒性，以抵抗来自燃料和氧化剂中含有的杂质对催化剂的中毒作用。
抗中毒性的提高可以延长催化剂的使用寿命，减少维护和更换成本。
4.倍流性：催化层材料需要具有良好的传质性能，以确保燃料和氧化剂在催化剂表面的均匀分布，避免局部反应速率的差异，从而提高电化学反应的效率。
最新的发展方向1.复合催化剂：将不同类型的催化剂组合成复合催化剂，可以充分利用各种催化剂的优点，提高催化剂的催化活性和稳定性。
质子交换膜燃料电池电极催化剂的研究进展
1 阳极催化剂 在室温下, CO 对铂催化剂有强烈的毒 化作用, 所以阳极 催
化剂应具有抗 CO 中 毒能 力。然而, 有 研究 表明 , 这主 要是 来 自 CO 与 H2 的竞 争吸附, 其 效果 可逆, 即 催化 剂中 毒后, 只 要 用高纯氢处理催化剂就可恢复[ 1] 。
P EM F C 可以采用 高纯 氢作 燃料, 但由 有机 物重整 得到 氢 气更具有实 际意义。这样得到的 氢气中常 含有 CO 杂质, 即 使 痕量级的 CO 也会 使铂 催化 剂的 活性 大大 降低。 提高 催化 剂 对 CO 的耐 毒能 力成 为 这类 催化 剂的 主 要研 究方 向。T seung 等人通过 研究发 现[ 2] , 有许多 元素可 以与 Pt 结合在一 起实 现 对 CO 或甲醇的阳极 氧化 共催 化活 性, 它们 或者 形 成合 金, 或 者被 Pt 吸收在表 面。这些元 素有: S, Se, T e, Ir, Os, Sn, Sb, Pb, W 和 M o。
A lamos National L aboratory ) 以 Pt Ru 为 阳 极 催 化 剂 制 作 的
PEM F C 性能可达 670 mA!cm- 2 ( 0. 5 V ) [ 8] 。 最新研 究结果 表
明, 由共浸渍方法制备的 Pt Ru 二元 电催化 剂中, 由不 含 Cl 的
钌化物为原料合成的催化剂可以提供高度分散和均一的 Pt Ru
M ( CO) ads+ Ru ( OH) ads CO2 + H+ + e- M∀Pt ( 1)
Ru+ H2O
OHads+ H+ + e-
( 2)
COads+ OHads CO 2+ H+ + e-
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的 主要目 采 铂碳催 剂， 铂 化 载 活 材 上， 将 担 量 ｍ ｃ２ 低到。 二 标． 用 ／ 化 将 催 剂担 在高 性碳 料 可以 铂的 载 从４ ｇ口 降 ｊ 夕 沙扩￣ １ 创扩， 至 ． ｍ ｃ ０ ｍ 目， 效 刀ｍ ｃ 甚 到。 ｓ ｇ扩一 ２ ｇ １ 有 提高了 利 串。 合 催 剂以ｒＲ 为 通 ： ｕ ｏ ｌ ， ／ ２ ｃ 铂的 用 铂 金电 化 卜 ｕ 主， 过Ｐ和Ｒ
传导，在阴极和阳极发生电子转移，即在两极之间产 生电势差，形成一个电池。联接两极，在外电路中形 成电流，便可带动负载工作１。 ］ １ 质子交换膜燃料电池作为燃料电 池的一种，其突 出优点是工作温度低、能量密度高、 启动快、噪音低、 无电解质腐蚀、无污染，是未来电动汽车、潜艇最理 想的候选能源之一，还可以应用于移动电源，固定发 电装置， 便携式电 源等领域。因此质子交换膜燃料电 池的研究近来受到了广泛关注。 然料电池的电 性能与电极反应的效率密切相关， 而电极反应的效率主要 由电催化剂的催化性能来决 定，因此催化剂的性能对燃料电池的电性能起着举足
（ 矿业大学 料电 中国 姗 池联合研究中 化学与环境工 心， 程学院・ 北京 １ ０３ ０８ Ｏ）
摘 更： 质子交换膜斑料电池 （Ｅ Ｆ ）的有效电催化剂仍以铂为主。由于铂价格昂贵。资源匾乏，使得 Ｐ ＭＦ Ｐ ＭＣ Ｅ ｃ成 本高，限制了其广泛应用，所以降低贵金属催化剂用量，寻找廉价催化剂，提高电极催化荆性能成为电极催化剂研究
具有实际意义口然而这样的氢气中常含有 Ｃ 杂质， Ｏ Ｐ ＭＦ Ｅ Ｃ的运行温度低， 少量 Ｃ Ｏ就会使铂催化剂的活 性大人降低。因而提高催化剂对 Ｃ Ｏ的抗毒能力成为 这类催化剂的研究方向。
电 极中， 改变了电 池的放电 机理，提高了 输出电 ， 压【。 ｊ ４ ｓｕｉ ｚｕ ｏ 等人 ｈａｉ ｈ ｌ ｎ 研制了Ｐ尹 ０ 抗ｃ 催 灯 川２： ｏ 化剂， 该催化剂具 有良 好的抗 ｃ ｏ性能和稳定性［ 。 ｔａ ｌ Ａ ５ ｉ １ ｌ Ｗ 。ｃ 等人 。ｔ ｓ ｈ 制备了Ｐ ｃｑ催化剂并和ＰＡ２， 叮ｅ 灯 １ 催化 ０
的协同作用， 大大减少了铂的用量 （ 与Ｒ 的质量比为 ０ 纷 ） 提高了催化剂抗Ｃ ｔ Ｐ ｕ 刀 １， Ｏ性能．多元复合催化剂和非铂系
催化剂也是 目 前的研究热点．
关锐词：Ｐ ＭＦ ； Ｅ Ｃ 催化荆；铂
中图法分类号：Ｔ １６ Ｇ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０． ５ 口 ０） ・ ５ ３ ０２１ Ｘ ０７ ２６ ・ ８ ５４ ０
１ 前
言
极催化剂性能成为电极催化剂研究的主要目 标．
燃料电池是近年来兴起的清洁能源技术装置，是
２ 铂催化剂
２ 世纪６ 年代美国通用电气公司研制的Ｐ ＭＦ ０ ０ Ｅ Ｃ
继水力、火力和核能发电之后的新一代发电技术。它 是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧 化剂的化学能转变为电能的高效连续发电装置。燃料
Ｐ洲Ｈ） 。￣ ｔ ６ Ｎ ｌ ） Ｈ｛ Ｉ ｐ １ Ｚ ｌ（＋ Ｚ 钊 ；Ｃ Ｚ Ｃ＋ ， ： 目 继续加热到 ０ ４ ℃时发生第二步分解： ＰＣ６ Ｐ ＋ Ｃ２ ｔ ３ １ ） ｔ１￣ （ ： 通过 Ｐ Ｈ ｌ 方法可以 咖ｃ６ ｔ Ｎ （ 得到分布均匀的 Ｐ 催 ｔ 化剂１。 ． ］
参数增大，表明 Ｐ 与 Ｓ 发生了相互作用，Ｐ 金属的 ｔ ｎ ｔ 晶体结构发生了变化， 有利于提高 Ｐ对乙醇氧化的催 ｔ
下 降，但是与 Ｃ一ｅ 一肠 Ｊ电催化 剂 比较 ， ｕ ／ Ａｏ Ｃ尹 ｃ一 一ｏ一 ２３ 催化剂表现出了很高的抗 ｃ ２ ｕ ｃ今Ａ ｏ 电 ｅ ｃ １ ｏ和 ＨＯ的性能。 Ｚ 而催化剂的Ｃ Ｏ氧化活性是与Ｃ Ｚ Ｚ Ｏ 和ＨＯ 的解吸温度紧 密相关的， 所以ｃ一 一ｏ１ 贬 ３ 催 ｕ ｃ勺Ａ ０ 电 ｅ ｃ ， 化剂更适合于 Ｅ Ｆ 作Ｐ Ｍ ｃ的电催化剂脚 几 俄罗斯Ｆ ｋ ｍ ｉＡＮｌｓｔｅ ｆ ｌ ｔ ｃｏ ｉ Ｕ ｒ ｎ ｎ ｕ ｏ Ｅ ｃｏｈｍｓ ｉ ｔ ｔ ｅｒ ｙ ｒ ｔ Ｒ Ｓ的研究小组对非 Ｐ 催化剂进行了比较系统的 Ａ ｔ 研 究， 主要研究的非Ｐ类催化剂如表 １ ｌ ｔ 所示ｌ ． ｊ ｓ
ｊ ａ ａ ｌ ｍ Ｎ等人通过乙 Ｒ ａ ｈｉ ｓ ｋ 烯基乙二醉和铂盐制得了 负载量为 犯３ ％的碳纳米管载铂 （ ａｎ面ｃ ｂｎ ｌ ｉ Ｐ ｔｕ ａ ｏ ｒ Ｎ ｔ ｅ ＰＣ Ｔ 催化剂，分析发现铂以零价态和 ｏ ｎ ｂ， ａ Ｕ ｓ 灯Ｎ ）
四价态沉积在碳纳米管表面。而且在铂沉积前用低浓 度的硝酸处理碳纳米管，可以增加催化剂的催化活性 ］ ， ［。和庆刚等人研究发现这是由于经硝酸处理后的 Ｃ Ｔ微孔比例上升， Ｎ 灰分含量下降，即经硝酸作用后
电 剂为 催化 铂黑， 用量约为１乃ｍ ｃＺ而且催化剂 ０ 以ｍ，
利用率也很低。直到 ２ ０世纪 ８ 年代中期 Ｐ ＭＦ ０ Ｅ Ｃ膜
电 （ ｄＣ ）由阳极、阴极及两 池 Ｆ ｕ ｌ ｅ 极之间的电 解质 组成。在阳极一侧持续通以 燃料气， 例如 Ｈ、ｃ ； Ｚ Ｈ、 煤气等， 阴极一侧通入 ０ 或空气， ２ 通过电解质的离子
剂中Ｐ负 量为众 ｍ ｃ 众 ｍ ｃＺ 报 ３ ｔ 载 ５ ０ 创扩￣ Ｚ 创ｍ 的 道［ ］ 。
将铂分散于不同的载体中，制成复合电极材料， 是提高铂催化剂利用率的有效途径。目 Ｐ ＭＦ 前 Ｅ Ｃ使 用的催化剂大多数是以活性碳、碳黑以及石墨等碳材 料为载体的铂催化剂，这样减少了铂的用量，提高了 铂的利用率。由于碳纳米管具有极大的比表面积和 良 好的导电性，被认为是一种良 好的催化剂载体１。 ］ ４
剂 中掺 入 了 ０ ％ （ 量 分数 ） 的 Ｃ 制 备 了 ２ 质 。
ｃ一。 ｏ一 ２３ 催化剂， ｕ 一 今Ａ ｏ 电 ｃｃ １ 将两者的性能进行了比
较。结果表明在 ２ ℃以 Ｆ ０ 两种催化剂的抗 Ｃ华等人采用多元醉法制备了 不同比例直接乙醇嫩料电池的 Ｐ 州 ｓ ｔ Ｃ催化剂。 结果表 明， 催化剂中金属 Ｐ 在碳载体上分布均匀， ｔ 平均粒径 小于４ｎ ｎ 的加入使 Ｐ 的晶面衍射峰负移，晶格 ｍ。ｓ ｔ
能 降１ 下ｔ ３ １ 。
４ 铂一 氧化物及非铂系催化剂
在研究铂合金催化剂的同时，铂一 氧化物催化剂也 是一个研究热点。 关荐伊等人就利用微乳法合成了 粒径 约为ｓ 的Ｍｎ ｎ ｌ ｒ Ｏ超微粒子， 并将其掺入 Ｐ ＭＦ Ｅ Ｃ的铂
３ 铂合金催化剂
Ｐ ＭＦ Ｅ Ｃ适合用作交通工具的动力电 可以 源。 采用 高纯氢作燃料，但使用碳氢化合物重整得到的氢气更
中掺入 １ａ ０ｔ ％的 Ｍ。 能够提高 ＰＲ叮 ， ｔ ＩＣ催化剂的抗 Ｃ Ｏ
网印刷技术成功的制备了刊Ｃ ｃ ｂ Ａ ｒ ｅ Ａ（ａ ｏ ｅ ｇ ）阳 ｒｎ ｏ ｌ
性［ 能２ １ ］ 。
极催化剂。 剂中Ｐ的负 催化 ｔ 载量范围 ． ｍ ｃＺ 为０ 创ｍ一 ６ ０
０ ｇ ｍ ，ｔ 石ｍ ／ ＺＰ的粒径在 １ｎ 一ｏ 之间１ Ｙｍ ｅ ｃ ６ｍ Ｚｎ ｍ ７ ｓａｌ ］ 。 ｅｄ Ｇ 、ｅ ｖｒ 一。 ｚ 等人研究发现 Ｐ Ｎ 众ｃ ｅ （ ｔ Ｈ 肠是得到金属
安 １ 非铂催化剂
ａ ｌ Ｔ ｂ １ Ｎ ｎＰ． ． ｍ ｃｔｌ ｔ ｅ ｏ ・ｌ翻 ｕ ．ａ ． ｙ
＿ ＿ ． Ａ ｔｅ ｃｉ ｖ Ｒ ｌｔ ｅ ＿ ｅａｉ ｖ
化 性０ 活［ ” ］ ．
ｅ ｊ ｇｚ ｗ ｉ ｎ ｏ 等人研究了 ｈｕ ｉ ａ 在铂中掺入 Ｓ、助、 ｎ Ｗ、 制备的二元合金催化剂， ｄ Ｐ 得到的合金催化剂催 化 活性顺序 为 ：Ｒ ｓｌ ， ｌ ｎｃ＞ｐ Ｒ ｌ ＞ ｔ ／ ｔｕ １ ／ ｐ ｗ， ｃ ｏ Ｃ＞ ｔ ｄ Ｐｃ（ Ｐ Ｐ ／ ＞ 灯 下标表示的是两种金属的 １ ｃ ｌ 质量之比） 。 他还发现在 Ｐ 可 ｔ Ｃ体系中掺加 Ｗ 和 ｗ 能增加催化 Ｒ 。 剂对乙醉氧化的催化活性，但是电池的性能却低于应 用 Ｐ ｎ 催化剂的电池。 ｔ ｌ ｓ ｃ ｌ ／ 实验结果表明 ５ ℃时， 在７ ａ ｃ ｔ ｎ ／ 催化性能要优于 Ｐ ｓｌ ，但当 Ｐ ｓＺ 的 处 ／ ｎ ｃ 温度达到 ０ ９ ℃时情况正好相反，Ｐ Ｓ ／ 的催化性能要优于 ｔ ｎ Ｚｌ Ｃ
ｔ Ｐ 的一种很好的先驱体，当加热到 １５℃到 ３０℃ ７ ２ 之间，发生第一步分解：
Ｊｓ Ｒ ｏ‘ Ｃ等人制备了Ｐ ０ｏ 催化剂， ９０ ｅ ｔ Ｃ３ ７ 式 并在 ０ ℃对 Ｐ ｃ３ｃ进行了热处理，发现这种催化剂的催 ｔ ｏ ０ ７ 夕 化性能劣于Ｐ Ｃ催化剂， 灯 原因是在 ９ ℃时Ｐ 和 Ｃ ０ ｔ 。 并没有形成合金，没有引起 Ｐ 结构上的改变，加入 ｔ Ｃ 。还使 Ｐ 的颗粒增大，比表面积减少，因此催化性 ｔ
ｅ Ｚ ｃｏ 催化剂 ３ 在１ ０℃以上时具有很高的 氧化氢气的 性 能 所以 只适合于运行温度低于１。℃的ＰＭ Ｃ叹 ３ Ｅ ［ Ｆ ， ｏ ｏ Ｊ ｇｗ ｎ 盯 Ｐ ｋ等 人研 制 了 Ｐ Ｍ ｃ 用 的 ｎ ＥＦ ｃ 一ｅ一１ ： ｕ 今Ａ２ 电催化剂，并 ｃ 一ｅ １ ３ 催化 ｃ ｏ 在 ｕ 午＾２ 电 ｃ ０
电极上的 铂的担载量仍高达４ｍ ｃＺ ２ 世纪９ 年 留ｍ． ０ ０
代以来，加拿大 Ｂ ｌｄ ｌｒ ａａ 公司采用 Ｎ ｆ ｎ ａｏ 膜，以 Ｐ Ｃ ｉ ／ ｔ 作为电 催化剂， 通过对膜电极结构和制备工艺的改进，
电 催化剂中Ｐ负 ｔ 载量降 低到住 ｍ Ｚ ． 眺ｍ ７ 沙ｍ一１ ｍ 气 ｏ
取得突破性进展１ ） ２ 。近来，已 经出现了膜电 极电催化
第３卷 ６
２０ 年 ０７
增刊 ２
８月
稀有金属材料与工程
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质子交换膜燃料 电池催化剂研究
赵晓林，韩敏芳
万方数据
稀有金属材料与工程
第３ 餐 ６
Ｃ Ｔ微孔的均匀性增加了， 能够更容易的进入载体 Ｎ ｔ Ｐ 内 部，因此提高了催化剂的催化活性１ ］ ６ 。 ５ ｏａ 丽ｍ Ａ等人采用气凝胶碳做为载体，利用丝 ｖ