甲醇燃料电池Microsoft Word 文档.pdf

直接甲醇燃料电池阴极催化剂关键技术研究进展 摘要 直接甲醇燃料电池技术是实现清洁能源的一个重要途径，其关键问题之一 是阴极催化剂的选择性调控，即提高氧还原活性和抑制甲醇氧化。综述了近年来 直接甲醇燃料电池阴极关键技术的研究进展，从催化剂的组成、制备方法及活性位三 个方面进行了综述。 关键词 直接甲醇燃料电池 氧还原 电催化 关键技术 Advance In key Techniques of Cathodic Catalysts For Direct Methanol Fuel Cell Abstract Direct methanol fuel cell is an important route to realize clean energy. The key point is the control of catalyst selectivity, that is to say how to suppress Methanol oxidation and to improve Oxygen reduction activities. This paper reviews the development of key techniques in research on cathodic catalysts for DMFC, namely composition, preparation method and active sites of catalysts. Keywords DMFC; Oxygen reduction; electrocatalysis; key technique 0. 引言 1839年，英国的William Robert Grove发现了用H 和O 为原料，Pt为电极产生电 2 2 的方法（简称燃料电池）。1896年，William W. Jacques实现了具有应用能力的燃料电 [1] 池 。1990年，美国南加州大学同美国宇航局喷气推进实验室联合发展了直接甲醇燃 [2] 料电池（Direct Methanol Fuel Cell ，简称DMFC ） , 直接以甲醇燃料供给来源， 在阳极氧化为二氧化碳和氢，无需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发 [3] 电 。 近年来，人们随着对环境保护意识的提高，绿色化学与技术作为当今国际化学科 技的前沿，由于DMFC具备能量转化效率高、燃料洁净环保以及电池结构简单等 特性，DMFC有望成为未来便携式电源和电动车电源，为新能源开辟一条新的路 径。韩国的Samsung公司、日本的Toshiba公司及美国的布鲁克海文国家实验室等对 DMFC 的发展给予了较大的科技投入，已取得了突破性进展[4]，国内的中国科学院长 春应化所、清华大学、中国科学院大连化学物理研究所、太原理工大学等也相继开展 了对DMFC 的研究[5-8] 。但要实现DMFC 的大规模商业化，许多关键性技术还得解 决，如阴极催化剂氧还原反应（ORR ）动力学慢、抗甲醇性弱、制备成本高及 耐久性差等问题。目前，DMFC 阴极催化剂以Pt 为活性位的研究居多，Pt对ORR 活性较高，但抗甲醇性能差，甲醇从阳极渗透到阴极，使阴极发生甲醇氧化和 氧还原竞争电化学反应，产生混合电位，造成阴极电势0.2～0.3 V的损失[9, 10]，大 大降低了催化剂性能和甲醇的利用率。因此，改进阴极催化剂ORR动力学、提 高耐甲醇性及降低成本仍是研究的重要课题之一。 有关DMFC 的综述很多[11, 12]，分别从不同的角度总结了DMFC 的技术规律。 本文着重讨论DMFC 阴极催化剂关键技术——组成、制备、活性相三方面的最新研 究进展。 1. DMFC 阴极催化剂的研究进展 DMFC 阴极催化剂最显著的特征是阴极氧还原动力学慢，抗甲醇性能差及 成本高。提高阴极催化剂活性，选择性合成抗甲醇好的阴极催化剂始终是科研 工作者的研究方向。从结构和反应性能的层次来看, 不同催化体系存在一定的共 性。下面从组成、制备方法及活性相三方面归纳总结催化剂的一些规律。 1.1. 催化剂组成 DMFC 阴极催化剂通常包括活性金属（第Ⅷ族过渡金属），炭载体或结构助 剂（TiO ，WO 等）及金属助