非铂 低铂燃料电池催化剂的研究进展
燃料电池的研究进展
燃料电池的研究进展 燃料电池的研究进展 国内的研究现状 早在20世纪50年代，我国就开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出30 kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展，相继开发出60 kW、75 kW等多种规格的质子交换膜燃料电池组。开发出电动轿车用净输出40 kW、城市客车用净输出100 kW燃料电池发动机，使中国的燃料电池技术跨入世界先进国家行列。 国内对质子交换膜燃料电池的各个组件的开发研究都取得了较大的进展。 催化剂方面：清华大学科研人员研制出新型铂/碳电极催化剂。将碳载体在使用前置于一氧化碳中活化处理，即将碳载体置于流动的一氧化碳气中加热到350~900 ℃，活化处理l~12 h，再用沉淀法把Pt负载到碳载体上，得到Pt/C催化剂；长春应用化学研究所研制出纳米级高活性电催化剂用作阳极催化剂。该催化剂粒度均匀，粒径约（4±0.5）nm，电化学性能优于国际同类产品；复旦大学利用沉淀方法在表面活性剂存在时，制得纳米负载壁铂/碳催化剂，该催化剂使用效果非常好；此外，我国科研人员在研究催化剂时普遍把粉末状活性炭加入氯铂酸溶液，再加入过量甲醛还原，反应中采用软脂酸、硬脂酸或硅油作为表面活性剂，掺杂组分是Pd、Ir、Ru等金属元素或非金属物质之一。 电极组合件方面：北京世纪富原燃料电池有限公司开发出横板涂敷法，在一片质子交换膜上制作多个膜电极的燃料电池，由一片质子交换膜、多个催化层和多个扩散层组成多个膜电极，由多个膜电极和多个导流板组成多个发电单元；北京太阳能新技术公司研制出陶瓷型无机复合材料厚膜电极，材料中组分质量百分含量为：石墨25％~30％、Ag 25％~30％、PbO 30％~35％、BO 6％~8％、SiO22％~4％，将金属或非金属与导电粉末等氧化物组成的无机粘结剂掺合，丝网印刷，烧结，形成微观网络式导电通道。 在质子交换膜方面：清华大学研制出聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸PEM。聚偏氟乙烯溶于甲基吡咯烷酮溶剂中，将该高分子溶液加热至甲基吡咯烷酮的沸腾温度，在该温度下回流0.5~5 h，温度降至90 ℃，然后向溶液中加入引发剂，在90 ℃保温1~5 h后降至室温，再向溶液中加入三氯甲烷，直至不溶性固体全部沉淀，将固体取出，加引发剂，再经处理便制得此种质子交换膜。 在双极板方面：天津电源研究所研制出实用新型双极板，它包括金属板气体反应区域、气体进口、气体出口。金属板上、下面气体反应区域周围分别设有凹槽，气体进口、气体出口与气体反应区域之间分别设置有暗孔道。该设计改善了电池组的密封性，延长了其寿命，提高了性能；大连化学物理研究所研制出的双极板由3层薄金属板构成，中间为导电流不透气液的分隔板，两边分别置有带条状沟槽的导流板，条状沟槽占整个工作面积的50％~80%。这种新颖的设计提高了反应气的利用率，从而提高了电池性能。 在电解质方面：吉林大学研制出固体复合电解质，它由基体材料Ce1-xRexO2-d和Ni、 Al、Co、Na、Ca、K的金属化合物或NiAl化合物添加剂合成，经过混合、研磨、烧结、冷却、粉碎、研磨等工艺制成。它是用模具直接压制成薄片，烧结后强度可达到10 MPa。用它作PEMFC电解质，可使用甲醇、乙醇、甲烷和乙烷等多种燃料；上海交通大学研制出新型电解质—带磺酸盐侧基、羧酸盐侧基的聚芳醚酮，该聚合物可作为PEM的阳离子组分。 国外的研究现状 发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2 MW、4.5 MW、11 MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。 燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第4代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。 由于碱性燃料电池在实际使用中，往往采用空气作为氧化剂，会受CO2毒化而大大降低效率和使用寿命，因此，人们认为碱性燃料电池不适合作为汽车动力等方面，并将研究重点转向了质子交换膜燃料电池，只有少数机构还在对碱性燃料电池进行研究。为了解决碱性燃料电池这一问题国外进行了大量的研究工作。 E. Gulzow等研究发现：当电极采用特殊方法制备时，可以在CO2含量较高的条件下正常运行而不受毒化。在电极制备中，催化剂材料与PTFE（聚四氟乙烯）细颗粒在高速下混合，粒径小于1mm的PTFE小颗粒覆盖在催化剂表面，增加了电极强度，同时也避免了电极被电解液完全淹没，减小了碳酸盐析出堵塞微孔及对电极造成机械损害的可能性。此外，还允许气体进入电极，在发生电化学反应的区域形成1个3相区；S. Rahman等将通常电极制备的干法和湿法相结合，提出了过滤法，通过控制PTFE的含量和碾磨时间来优化电极的性能。研究表明：当PTFE的含量为8％（质量分数）、碾磨时间为60 s时，电极性能最好。通过新的电极制备方法，碱性燃料电池可承受较高的CO2浓度；E.Gulzow等在氧气中加入5％的CO2，对碱性燃料电池电极进行连续3 500 h的实验，未发现CO2对电极的寿命和性能带来影响，说明新的电极制备方法可解决电极CO2毒化的问题。 另外也有人提出采用氨作为氢源，避免CO2的毒化问题。氨在室温下仅需8~9 MPa 就可被液化，不需较高能量消耗，且价格低，已有比较完善的生产、运输体系，而氢的使用则需要较长时间进行基础设施建设。氨具有强烈刺鼻的气味，其泄漏很容易检测。和其它燃料相比，氨更为清洁，不会对土地造成破坏。氨的爆炸范围比较小，仅15％~28％（体积分数），相对安全。在碱性燃料电池使用中，只需在燃料入口增加1个重整器，将NH3分解为N2和H2即可。所以NH3将有望在碱性燃料电池中广泛使用，具有较好的发展前景。 燃料电池最新成果 Mobion燃料电池使用了MTIMicro公司的Mobion专利芯片来简化燃料电池内部的复杂结构，这样也可以有效降低燃料电池的成本。这种芯片集成了1个流质的能源模块，可以让燃料电池在0~40 ℃之间的温度条件下和任何湿度条件下使用。Mobion芯片采用了100%甲醇设计，并使用了被动直接甲醇燃料电池技术。整个芯片的体积只有9 cm3，可以轻松地被嵌入到各种便携式电子产品中。MTIMicro公司表示，Mobion燃料电池可以提供0.050 W/cm2和1.4（W·h）/cm3的能量，并且整个芯片的重量不足29 g。 4 燃料电池的应用前景 燃料电池的特点决定了它具有广阔的应用前景。它可以用作小型发电设备；作为长效电池；应用在电动汽车上。 燃料电池用作发电设备，是因为其价格有可能与一般的发电设备相竞争。但燃料电池在电动汽车上的商业应用前景是远期的，因为汽车需要的是发电机，发电机的价格远比燃料电池要便宜，因此在短期内，燃料电池汽车在价格上难以与其他汽车相竞争。 目前燃料电池研究与开发集中在4个方面：（1）电解质膜；（2）电极；（3）燃料；（4）系统结构。日美欧各厂家开发面向便携电子设备的燃料电池，尤其重视（1）~（3）方面的材料研究与开发。第4方面的研究课题是燃料电池的系统结构，前3个方面是构成燃料电池的必要准备，而系统结构是燃料电池的最终结果。 燃料电池，特别是固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，是解决世界节能和环保的重要手段，受到了包括美国、欧洲、日本、澳大利亚、韩国等世界诸多国家的普遍重视。尽管目前固体氧化物燃料在应用中还存在一些问题，如电极材料、制造成本、操作温度过高等等问题，但瑕不掩瑜，加快固体氧化物燃料电池发展必然是世界能源发展的总趋势。 降低电池操作温度和微型化是固体氧化物燃料电池的发展趋势。其关键部件的材料制备成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有：（1）高性能电极材料及其制备技术；（2）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术；（3）电池结构优化设计及其制备技术；（4）电池的结构、性能与表征的研究。 5 结束语 燃料电池的研究与发展，为便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业、住宅以及社会各方面的集中供电系统。它将把人们由集中供电带进分散供电的新时代。因为太阳能供电虽然能替代部分能源，但它受天气与气候的制约，核能利用又存在安全问题。而燃料电池供电，没有二氧化碳的排放，解决了火力发电使全球环境污染的问题，是纯正的绿色清洁能源。 随着燃料电池关键技术瓶颈得以解决，以及新技术开发研究和商业化运作，发展中的燃料电池技术必将能够加快我国经济建设与可持续化发展步伐。
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。
一种燃料电池非贵金属氮碳负载铂合金电催化剂及制备方法与应用
一种燃料电池非贵金属氮碳负载铂合金电催化剂及制备方法与应用燃料电池是一种通过将燃料和氧气进行反应产生电能的装置。
其中，电催化剂是燃料电池中的关键材料之一，主要用于催化燃料的氧化反应和氧气的还原反应，提高能源转化效率和减少燃料消耗。
传统的电催化剂主要采用贵金属铂（Pt）作为催化剂，但贵金属的价格高昂，因此研究和开发一种非贵金属的电催化剂具有很大的潜力。
近年来，研究人员通过掺杂非贵金属元素和调控材料结构等方式，成功开发出一种燃料电池非贵金属氮碳负载铂合金电催化剂。
该催化剂利用氮素和碳素元素的共同作用来提高电催化活性，同时利用铂的催化活性增强催化剂的稳定性。
具体来说，该催化剂通过控制碳素材料的结构和改变氮素的掺杂形态，使其能够提供丰富的活性位点，从而增强催化剂对电化学反应的催化活性。
制备这种非贵金属氮碳负载铂合金电催化剂的方法主要包括两个步骤：制备碳基材料和负载铂合金。
制备碳基材料可以采用高温碳化法、炭黑模板法、碳泡沫法等。
其中，高温碳化法可以通过将氮源和碳源在高温下进行热解反应来合成氮碳材料，炭黑模板法可以利用炭黑作为模板，在其表面上沉积氮碳材料。
负载铂合金可以通过将金属铂导入碳基材料的孔隙中来实现。
最终，将负载铂合金的碳基材料进行活化处理，即在电化学反应中形成活性位点，从而获得最终的非贵金属氮碳负载铂合金电催化剂。
这种非贵金属氮碳负载铂合金电催化剂在燃料电池领域有广泛的应用前景。
首先，由于该催化剂材料成本低廉，可以降低燃料电池的制造成本。
其次，该催化剂具有较高的催化活性和稳定性，能够提高燃料电池的性能。
此外，该催化剂还具有较好的抗毒化能力，能够有效抵抗一些有害物质对催化剂的中毒作用。
因此，该催化剂可以用于直接甲醇燃料电池、质子交换膜燃料电池等各种类型的燃料电池中，具有广阔的应用前景。
总之，燃料电池非贵金属氮碳负载铂合金电催化剂通过调控材料结构和元素掺杂，可实现较高的催化活性和稳定性，具备在燃料电池中广泛应用的潜力。
浅谈燃料电池新型阴极催化剂的研究进展
浅谈燃料电池新型阴极催化剂的研究进展作者：袁天蔡来源：《中国科技纵横》2019年第18期摘要：燃料电池作为一种兼具高效与清洁双重优点的新型能源转换装置，被认为是目前最有可能替代传统能源的绿色新能源，具有广阔的市场前景，成为各国研究人员重点研究的方向之一。
阴极催化剂材料的氧还原性能是限制燃料电池产电效率的关键因素之一，研究制备新型阴极氧还原催化剂是当前的研究热点之一，对于推动燃料电池商业化进程具有重要意义。
本文概述了燃料电池的发展现状，并简述近年来阴极催化剂的发展及未来可能的发展应用方向。
关键词：燃料电池;氧还原反应;阴极催化剂;氮掺杂中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）18-0092-020 引言近些年，随着工业技术的快速发展和化石能源的枯竭，温室效应、环境污染等问题越来越严重，绿色清洁能源的发展越来越受到人们重视。
当前使用的绿色清洁环保能源主要有风能、氢能、太阳能、地热能、生物质能、核能、潮汐能[1]。
发展绿色可再生能源一定程度上缓解了能源紧缺问题，对于日益加重的环境污染问题也带来了新的解决方案。
在新型清洁能源的发展过程中，燃料电池逐渐被研究人员所关注，它具有能量转换效率高、无污染、可循环，少噪音等优点，是一种新型能源转换器件，使之在众多新能源中脱颖而出，受到广泛的关注。
现阶段，虽然燃料电池技术已经有了很多进展，但是由于电池的阴极氧还原催化剂具有成本高昂、源料匮乏、稳定性不佳、不易运输与贮藏等局限性，使得燃料电池还不能够大规模的生产和使用，阴极氧还原催化剂的研究成为了燃料电池产业化必须突破的瓶颈之一。
因此，如何制备出更加稳定、活化能高并且成本低的电极催化剂对于整个燃料电池产业的发展尤为重要。
燃料电池所需的新型催化剂需要满足高催化活性、可再生、制備简单、成本低等要求，目前为止研究人员已经发展了多种各具特点的催化剂，为推动燃料电池的发展做出了重要的贡献。
新型燃料电池电催化剂的制备与性能研究
新型燃料电池电催化剂的制备与性能研究一、引言燃料电池作为一种环保、高效、可再生能源，具有广泛的应用前景。
其中，电催化剂是燃料电池最关键的组成部分之一，直接影响燃料电池的性能和寿命。
目前，传统Pt基电催化剂存在成本高、稀缺性等问题，新型燃料电池电催化剂备受关注。
本篇文章将对新型燃料电池电催化剂的制备及性能进行探究。
二、新型燃料电池电催化剂的制备1. 非贵金属电催化剂传统的燃料电池电催化剂多采用贵金属如铂、铑等，但这些贵金属成本高昂且稀缺。
因此，非贵金属电催化剂备受青睐。
①镍基电催化剂镍基电催化剂是一种相对便宜且易于合成的非贵金属电催化剂，可以替代铂基电催化剂。
但其催化活性较低，还需进行合适的改性和组合使用。
②单质金属电催化剂单质金属电催化剂是指单一质量的金属无机化合物作为催化剂。
研究发现，铁、镍、钴等金属都有可能用作电催化剂，具有较高的催化活性和稳定性。
2. 合金电催化剂合金电催化剂是指由两种或两种以上金属混合而成的催化剂。
通过合金化，可以获得更好的活性、稳定性和延长催化剂寿命等优点，同时也降低了贵金属的使用量。
3. 纳米材料电催化剂纳米材料电催化剂是利用纳米技术制备的一种电催化剂。
纳米材料具有高比表面积、细小的尺寸和丰富的表面活性位点等优点，可以提高催化剂的活性和稳定性。
三、新型燃料电池电催化剂的性能研究1. 电催化剂的稳定性电催化剂的长期稳定性是衡量其性能的主要指标之一。
目前，虽然已经研究出很多新型燃料电池电催化剂，但多数催化剂还存在稳定性不足的问题。
2. 电催化剂的活性电催化剂的活性是指电化学反应的速率和能量，可以用电化学活化能来描述。
好的电催化剂应具有高活性，即在一定电位下电化学反应的速率较快。
3. 电催化剂的选择性电催化剂的选择性是指在一定电位下不同反应产物的分布。
好的电催化剂应具有较高的选择性，即在特定电位下可仅产生所需产物，减少电极表面的杂质反应。
四、总结新型燃料电池电催化剂的制备和性能研究，是燃料电池发展的核心问题。
燃料电池的研究进展
约 为２ ０ 年 的３ 倍 。富士经 济 预测 ，随 着家 庭用燃 料 电 ０８ ９
１ 世 界 各 国 发 展 趋 势
考 虑 到 燃 料 电 池 对 美 国 未 来 的 竞 争 力 和 创 新 能 力 的
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程服 务 于奥 运会 和残 奥 会马拉 松 赛事 的 “ 零排 放 ”的 燃
＿ 】 ｆ ｃ 气 候 变 化 框 架 公 约 》 执 行 秘 书 德 布 尔 的 话 引 人 深 思 。 如 ＣＡＲ计 划 等 全 国 性 计 划 相 配 套 的 计 划 和 措 施 ，例 如 加 州
今 ， 大 气 中 的 二 氧 化 碳 浓 度 ￣ ２ Ｏ 前 高 出 了 ４ ％ 。 自 ｂＯ年 ０
技术 办 公 室 ，专 门负 责协 调 企业 、大 学 和 国家 实验 室的
燃 料 电 池 研 发 活 动 ， 帮 助 他 们 实 现 燃 料 电 池 成 本 和 性 能
变 暖 已是不 争 的事 实 。 “ 金 危 机 是 人 们 透 支 消 费 的 结 果 ，而 气 候 危 机 则 是 透 支 地 球 资 源 的 结 果 。 ” 《 合 国 联
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进 国家 的差 距正 在 缩小 。 同日 寸，我 国燃 料 电池 汽车研 发
也 已 进 入 世 界 先 进 行 列 。 如 ２ ０ 年 北 京 奥 运 会 期 间 ， 全 ０８
池的 关键 部件 之 一 ，双 极 板主 要起 分 配燃料 和 收集 电流
的 作 用 ，其 直 接 影 响 燃 料 电 池 的 性 能 和 成 本
我 国 的 燃 料 电 池 研 究 始 于 １ ５ 年 ，经 过 ５ 余 年 的 积 ８ ９ ０
燃料电池催化剂 研究报告
燃料电池催化剂研究报告
燃料电池催化剂是燃料电池中至关重要的一环，它是将燃料转化为电能的关键部分。
催化剂的合理设计和优化可以提高燃料电池电化学效率、抑制催化剂中毒、延长催化剂使
用寿命等，对燃料电池的发展至关重要。
目前，燃料电池催化剂主要分为贵金属和非贵金属催化剂。
贵金属催化剂如Pt、Pd等具有高效的氧气还原反应催化活性，但它们价格昂贵，限制了燃料电池的商业化发展。
因此，近年来研究人员开始关注非贵金属催化剂的研究。
非贵金属催化剂主要包括碳基、氮化物、金属氧化物等。
碳基催化剂是目前应用广泛
的一种非贵金属催化剂，因为碳基催化剂具有减少催化剂成本、提高催化剂稳定性、改善
氧气还原反应的反应动力学等优点。
然而，碳基催化剂在高电流密度和高电压下的电化学
性能和稳定性较差，这也限制了其在商业化应用中的推广。
氮化物催化剂因其优异的催化活性和选择性，最近成为了非常热门的研究领域。
研究
表明，通过控制氮化物催化剂的结构和复合物，可以获得更高的氧气还原反应活性和稳定性，这也为实现商业化应用提供了希望。
金属氧化物催化剂因其高的稳定性和催化活性，也成为了非贵金属催化剂中的一种重
要研究方向。
其中，铁、钴和镍等过渡金属氧化物在氧气还原反应中表现出较大的活性和
稳定性，被认为是潜力巨大的非贵金属氧化物催化剂。
总体而言，燃料电池催化剂的研究目前仍面临许多挑战，如催化活性和稳定性的平衡、中毒问题、催化剂制备方法等。
未来的研究将集中在开发新型材料、设计新的催化剂结构、优化催化剂制备方法等方面，以进一步提高燃料电池的性能和降低成本，实现其商业化应用。
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非铂、低铂燃料电池催化剂的研究进展 低温燃料电池是直接以化学反应方式将燃料的化学能转换为电能的能量转换装置，是一种绿色的能源技术，对解决目前我们所面临的能源危机和环境污染问题具有重要意义，美国《时代周刊》将燃料电池列为 21 世纪的高科技之首；在我国的科技发展规划中，燃料电池技术也被列为重要的发展方向之一。 催化剂是燃料电池中关键材料之一，催化剂的成本占到燃料电池成本的 1/3。铂被证明是用于低温燃料电池的最佳催化剂活性组分，但使用铂做为燃料电池催化剂也存在如下严重问题：（1）铂资源匮乏；（2）价格昂贵；（3）抗毒能力差。目前通过合金来改善催化剂的研究有碳负载的铂钌合金催化剂PtRu/C，以及添加有其他促进成分的 Pt/C 和 PtRu/C 催化剂等。为了有效降低燃料电池的成本，主要采用集中两个方面研究来降低铂载量：（1）开发非铂电催化剂；（2）开发研制低铂电催化剂。本文就此对近年来的研究现状进行综述。 1 非铂催化剂 1.1 非铂催化剂在酸性直接醇类燃料电池中的研究非铂催化剂的研究，主要采用钯基或钌基掺杂其他金属制备催化剂，近年来，研究人员用了多种方法制备了各种活性组分高度分散的钯基催化剂，在催化燃料电池的阴极氧还原反应（ORR）中显示了可与铂基催化剂相媲美的效果。同时，作为直接甲酸燃料电池（DFAFC）和直接乙醇燃料电池（DAFC）的阳极催化剂，也显示了诱人的应用前景。以下从影响催化剂性能的几个因素对近年来的相关工作进行讨论。 催化剂的组成直接影响其性能。Colmenares 等合成用 Se修饰的 Ru/C 催化剂 (RuSey/C) 应用于直接甲醇燃料电池（DMFC）阴极催化，结果表明在 0.6～0.8 V 电压下，Se 的加入促进了氧还原并减少了生成 H2O2的趋势；少量甲醇的存在对于 RuSey/C 催化氧还原影响较小，说明这类催化剂具有较好的抗甲醇性能。Jose' 等合成了两种非铂催化剂 Pd-Co-Au/C 和Pd-Ti/C，在质子交换膜燃料电池氧还原中的活性与现在常用的 Pt 催化剂活性相当。Shao 等制备了 Pd-Fe/C 系列催化剂用于氧还原反应，结果表明 Pd3Fe/C 氧还原活性比商业催化剂Pt/C (ETEK)好。Wang 等采用有机溶胶法合成了 PdFeIr/C 催化剂，研究表明 Fe 和 Ir 的添加，大大增加了催化剂的分散性，从而提高了催化剂的活性，该催化剂表现出较高的氧还原能力和较好的耐甲醇性能。Mayanna 等合成了不同组成的 Ni-Pd合金膜催化剂，并研究了在硫酸环境中的甲醇电氧化性能，发现与纯 Ni 相比其阳极峰电流明显增大，合金化以后其表面积增加了近 300 倍。 制备方法与合成条件对催化剂性能的影响显著。Shen 等利用微波交替加热法制备了 Pd/MWCNT 电催化剂，发现在碱性溶液中显示了良好的甲醇催化氧化性能，与 Pt/C 相比，氧化电位负移了 100 mV 左右。同时他们还研究了多种氧化物对Pd/C 催化氧化多种醇类（甲醇、乙醇、乙二醇等）的促进作用，发现在碱性溶液中 Pd-NiO/C 对乙醇的氧化与 Pt/C 相比负移了 300 mV 左右。他们用类似方法合成了 AuPd-WC/C 复合催化剂，并研究了在碱性条件下对乙醇氧化的电催化行为。发现与相同催化剂载量的 Pt/C 催化剂相比，乙醇氧化的起始电位负移了 100 mV 左右，峰电流密度增加了 3 倍左右，而且还显示了良好的稳定性。徐常威等用水热法分解蔗糖制备出表层富含羟基功能基团的碳微球, 再利用羟基把 Pd 离子固定在碳微球表面, 然后使用化学还原方法, 使 Pd 纳米颗粒还原后附着在碳微球上。研究了碳载 Pd 对甲醇和乙醇在碱性溶液中的电化学氧化活性, 结果显示, 乙醇于碱性溶液中在碳载 Pd 上其催化活性好于甲醇, 同时碳微球负载的催化剂的催化活性也远远好于碳粉负载的催化剂。他还利用阳离子化氧化铝为模板电沉积法合成了 Pd 纳米系列，发现其乙醇氧化的催化活性不但要比传统的 Pd 膜电极高，而且其稳定性和活性也远高于商业化的 E-TEK PtRu/C 电催化剂。Zhang等采用嵌电位沉积法将铂单层修饰到 Pd/C 表面，考察了催化剂在氧还原反应中的机理和性能，结果表明将铂单层修饰到合适的金属纳米表面将会得到非常好的氧还原催化剂，另外，采用这种方法，可以将铂载量大幅度降低，而 Pt/Pd/C 电极的 Pt 质量比活性比纯铂催化剂高出 5～8 倍；贵金属 Pt＋Pt 质量比活性比纯铂催化剂高出 2 倍。Ma 等利用引入 PVP 聚合物的方法，合成了 Pd 纳米颗粒，发现合成的纳米颗粒与块状 Pd 循环伏安行为明显不同，热处理后显示了很高的甲醇电氧化活性。探寻好的催化剂的制备方法一直都是研究者所关注的方向。活性组分配比对催化剂性能的影响明显。Shao 等考察了将 Pd 单层修饰在不同的金属 M（Ru，Rh，Ir，Pt, 和 Au）制得催化剂的性能，在直接甲醇燃料电池中，表现在高甲醇溶液中具有高氧还原能力和很好的耐甲醇性能。Li等制备了Pt3Pd1/C 系列催化剂用于 ORR，实验结果表明由于在 Pt-Pd/C表面有富含的 Pt ，从而大大提高了催化性能，这个结果与密度函数理论（DFT）计算结果，即在研究 O2在 Pt-Pd 簇和物表面吸附溶解过程中，由于 Pd 原子的存在使得 O2容易入溶于 Pt位的结果相吻合。Pd 的加入不仅仅增大了 Pt 的粒径，也改变了金属纳米颗粒在碳载体表面的分散情况，这样大大提高了ORR活性。合适的原子配比对催化剂活性影响重大。 1.2 Pd 基催化剂在甲酸氧化中的研究 Pd 基催化剂不仅比 Pt 便宜，而且 Pd 资源储量丰富，虽然Pd 对氧还原（ORR）催化活性不如 Pt 好，但是 Pt/Pd 合金能够在一定程度上缩小 CO 中毒作用。Capon 等很早就研究了Pd 对甲酸氧化的电催化性质，发现甲酸在 Pd 与 Pt 上电氧化最大的不同是在 Pd 上只有一个氧化峰，这是因为 Pd 对甲酸的氧化是通过直接反应途径进行的。Rice 等证实了用 Pd 做阳极催化剂的性能用于甲酸做燃料比用于甲醇氧化活性好很多。催化剂载体对催化剂活性影响很大。Masel 等发现非碳载 Pd 催化剂和 Pd/C 催化剂能够克服 CO 中毒效应，因此，对甲酸氧化有较高的电催化性能。非碳载 Pd 在 30 ℃的直接甲酸燃料电池（DFAFC）中，Pd 的载量高达 8 mg/cm2时，产生的最大功率密度为 271 mW/cm2。Zhu 等报道了非碳载的 Pd 和Pt 分别做阳极和阴极催化剂输出功率密度分别为 76 mW/cm2和 99 mW/cm2。制备方法对催化剂性能的影响显著。Liu 等通过微波辅助多羟基化过程制备了 Pt/C 和 Pd/C 催化剂，用透射电子显微镜法(TEM)和 X 射线衍射光谱法(XRD)对催化剂进行了表征，Pt 和 Pd 纳米粒子的平均粒径分别是 4 nm 和 5 nm，发现 Pd/C催化剂比 Pt/C 催化剂对甲酸表现更好的电催化氧化活性。Wang 等采用有机溶胶法制备催化剂 Pd2Co/C 和 Pd4Co2Ir/C，与 Pd/C 催化剂相比，Pd2Co/C 和 Pd4Co2Ir/C 催化剂的甲酸氧化峰电位分别负移了 140 mV 和 50 mV，显示出较高的电流密度。在电压为 0.05 V (vs.SCE)时，Pd4Co2Ir/C 催化剂电流密度高达 13.7 mA/cm2，是 Pd/C 催化剂的 2 倍，是商业 Pt/C 催化剂的6 倍。助剂的添加可以改善催化剂性能。Wang 等合成出合适原子比例的 Pd–Ir/C 催化剂，尽管 Ir 对甲酸氧化没有活性，但是掺杂了 Ir 的 Pd–Ir/C 催化剂对甲酸氧化活性高于纯 Pd/C催化剂 13％，而且甲酸氧化峰电位负移了 50 mV，这是由于 Ir可以减弱 CO 在 Pd 上的吸附，从而促进了 Pd 通过直接路线氧化甲酸的活性。甲酸浓度对催化剂性能有影响。Ha 等组装了 2 cm×2.4cm×1.4 cm 微型空气 DFAFC，燃料电池成功地在甲酸浓度为1.8～10 mol/L 间运行，而且性能几乎无衰减，室温下电极输出的电流密度高达 250 mA/cm2，功率密度高达 33 mW/cm2。Ha等研究了 Pd/C 和 Pd 黑随甲酸浓度性能的变化情况，当甲酸浓度由 5 mol/L 增加到 20 mol/L 时，Pd 黑的性能严重衰减，然而 40%Pd/C 催化剂在 DFAFC 中受甲酸浓度的影响非常小，当甲酸浓度由 5 mol/L 增加到 10 mol/L 时 40％Pd/C 催化剂在电极电位低于 0.45 V(vs.DEH)能量密度几乎没有衰减，甲酸浓度增加到 15.0 mol/L 时，活性有少量衰减，但没有 Pd 黑衰减的厉害，而且还发现 20％Pd/C 和 Pd 黑催化剂在甲酸浓度为15.0 mol/L 时能量密度相当，而 20％Pd/C 载量只是 Pd 黑(2.4 mg/cm2)的一半。 2 低铂电催化剂 由于非铂催化剂活性太低而无法取代铂基催化剂，很多研究工作集中到低铂电催化剂的研究，主要有两个方面降低铂载量：(1)采用 Pt 与其他金属的合金化；(2)采用 Pt 单层修饰其他金属或者核壳结构的方法。 2.1 Pt 与其他金属的合金化 Sasaki 等采用电沉积法制备了低铂含量的电催化剂PtRu/C。Liao 等制备了三组分合金化 PtRuIr/CNT 催化剂，由于 Ir 的加入不仅大大增加了分散性，也使得金属颗粒尺寸小至 1.1 nm，催化剂 PtRuIr/CNT 具有非常好的甲醇氧化活性。Wang 等合成了 Pt–Se/C 催化剂，元素 Se 的加入，大大促进了 Pt 的分散性，使粒子尺寸小到 1.8 nm，催化剂对氧还原活性可与 Pt/C 催化剂相当，更为重要的是 Pt-Se/C 催化剂具有很好的耐甲醇性能。Srivastava 等合成出 Pt-Cu-Co 三元合金纳米电催化剂，对于氧还原催化活性可以提高 4～5倍，达到 0.5 A/mgPt。Wen 等考察了低铂载量催化剂 AlxPty/C 不同颗粒尺寸在阴极催化时对单电池性能的影响。Neburchilov 等制备了四组元的 PtRuIrSn 催化剂，应用于直接甲醇燃料电池阳极催化，Pt 含量低至 0.1 mg/cm2。Zhang报道了一类新氧还原电催化剂，包含 Pt 和其他过渡金属 (M＝Ir，Ru，Rh，Pd，Au，Re 或Os) 单层沉积在 Pd(111) 单晶或载 Pd/C 纳米颗粒, 这类新的电催化剂与纯 Pt 催化剂相比对于氧还原催化具有很高的活性和较低的 Pt 含量。 2.2 核－壳结构的研究 由于贱金属容易溶于酸性介质，使掺杂了贱金属的催化剂的稳定性下降；为了避免这一现象，另一种降低铂载量的有效办法是制备核－壳结构双金属电催化剂，通过使用不同的金属做核，铂做壳，从而大大减少铂的