直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展.pdfVIP

第63卷 第7期 稀有金属材料与工程 从，1.36，No.7 2007年 7月 RAREMETALN口汀ERIALSANDENG仆正ERJNG 】uly2007 直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展 杜 娟，原鲜霞，巢亚军，马紫峰 (上海交通大学，上海200240) 摘 要:催化剂是影响燃料电池性能及其产业化进程的关键技术之一。本文在简要介绍直接甲醇燃料电池电催化反应 机制的基础上综述了其阳极、阴极催化剂的研究进展。 关键词:直接甲醇燃料电池;阳极催化剂:阴极催化剂 中图法分类号:TQo3z47 文献标识码:^ 文章编号:1002一lssx2(007)07一1309一04 直接甲醇燃料电池 (D此ctM汕naolpuelCell，简 表面的吸附CO反应，即可生成CO:从而释放Pt的活 称DMFC)具有结构紧凑、质量轻、燃料来源丰富、 性位，延长催化剂的使用寿命。具体反应方程式如下: 储存携带方便、环境友好等优点，是目前各国政府优 pt(螂+H20、pt(M)oH+H++e一 (5) 先发展的高新技术之一，其成功开发是世界各国燃料 Ptco+Pt(娜oH、Pt+Pt(哟+co:+H++e一(6) 电池研究工作者追求的目标。对DMFC而言，电催化 式(5卜6()中，助催化剂M的加入一方面能促进水 剂的利用不仅可以加速电极反应、抑止副反应的发生， 的吸附解离，直接影响阳极反应的进行;还能通过修 而且可以提高电池的能量输出效率和整体性能。目前， 饰Pt的电子性能影响甲醇的吸附和脱质子过程，减弱 DMFC所使用的催化剂无论在阳极还是阴极均以Pt系 中间产物在催化剂表面的吸附强度。 贵金属催化剂为主，但这类催化剂不仅面临资源紧缺、 1.2 阳极催化剂的研究现状 价格昂贵的问题，而且甲醇阳极氧化产物CO易使其中 由上述甲醇催化氧化机制可知，如今问题的关键 毒也是当今研究者面临的一大难题。本文在介绍 在于减少或避免反应中间产物CO的形成和吸附，或使 DMFC电催化反应机制的基础上综述了其阴阳极催化 其在较低电位下氧化。 剂的研究进展。 1.2.1 一元催化剂 1 阳极催化剂 由于具有较高的甲醇氧化催化活性和较强的耐腐 蚀性能，国内外对甲醇氧化过程催化剂的研究主要集 1.1 甲醇催化氧化机制 中在pt，pd等贵金属催化剂上。oloaguen等[，]用电化学 DMFC中，甲醇在Pt系催化剂上发生的电催化氧 沉积法将纳米Pt附着到不同的碳载体上，评价了其对 化过程主要包括如下步骤: 甲醇氧化过程的催化性能。结果发现，该系列P灯C催 CH3oH+pt*ptcH20H+H++e一 (1) 化剂的催化活性随比表面积增加而提高;而且载体对 ptCHZoH+pt，PZtCHoH+H++。一 (2) 催化剂的催化活性有很大的影响，经过热处理的碳载 ptZCHoH+pt一Pt3coH+H++e一 (3) 体使Pt的质量比活性 (massactiviyt，A/g)和面积比 P3tcoH*PtCO+ZPt+H++e一 (4) 活性(印eci五。activiyt，刀cmZ)都有很大提高。Muke巧ee 吸附于催化剂表面的甲醇在贵金属的催化作用下，发 等z][比较研究了高氯酸溶液中存在或不存在甲醇的情 生解离吸附，生成吸附中间体和质子，并给出电子。 况下，粒度为2.5一gnm的P灯C催化剂的原位X射线吸收 当甲醇浓度高于sxlo一3mol几时，会生成具有较强吸附 (XAS) 。结果表明，当粒度小于snm时，催化剂表 能力的CO物种占据Pt的活性位，从而造成催