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浅谈燃料电池阴极氧还原催化剂的研究进展燃料电池是一种利用化学能直接转化为电能的高效能源转换装置。
燃料电池具有高能量转化效率、零排放、低噪音等优点，因此被广泛应用于汽车、航天器、船舶以及备用电源等领域。
燃料电池的核心是电极反应，而燃料电池阴极又是燃料电池中最重要的组成部分之一。
阴极作为电化学反应的关键场所，决定了燃料电池的性能和稳定性。
而阴极氧还原催化剂又是决定阴极反应性能的重要因素。
阴极氧还原催化剂（ORR）是燃料电池阴极中进行氧气电还原反应的关键组分，其性能直接影响着燃料电池的性能和稳定性。
在燃料电池阴极氧还原反应中，氧气会在催化剂表面吸附，并与质子和电子发生反应，最终生成水。
优秀的氧还原催化剂应具备高的电子转移能力、高的表面活性以及良好的耐久性。
目前，燃料电池阴极氧还原催化剂研究成为全球的热点之一，学术界和工业界都在不断寻求更加高效的催化剂以提高燃料电池性能。
在传统的燃料电池中，常用的氧还原催化剂是铂（Pt），然而铂是一种稀有贵金属，价格昂贵，且资源有限。
寻找高效、廉价、丰富的替代材料成为燃料电池阴极氧还原催化剂研究的重要方向之一。
目前，氧还原催化剂的研究进展主要包括合成方法、催化活性、催化机理以及耐久性。
在氧还原催化剂的合成方法方面，目前已经涌现出许多新型的合成策略。
其中最值得关注的是纳米技术在氧还原催化剂合成中的应用。
纳米技术可以调控催化剂的晶体结构、表面形貌以及电子结构，从而提高催化剂的活性和稳定性。
常见的纳米技术包括溶剂热法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
一些新型的合成方法如水热法、微波辅助合成法也在氧还原催化剂的研究中得到了广泛应用。
通过这些新型合成方法，研究者们可以合成出具有高度活性和稳定性的氧还原催化剂，为燃料电池的应用提供了新的思路和方法。
氧还原催化剂的催化机理也是研究热点之一。
随着催化剂制备技术的不断进步和理论模拟方法的发展，人们对氧还原催化剂的电子结构和反应机理有了更深入的认识。
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。
浅谈燃料电池阴极氧还原催化剂的研究进展一、催化剂的基本原理燃料电池是一种通过将化学能转换为电能的装置，其中氧还原反应是其核心反应之一。
在燃料电池的阴极上，氧气分子在催化剂的作用下发生还原反应，释放出电子并结合质子生成水。
在传统的燃料电池中，常用的阴极氧还原催化剂是铂和其合金材料。
铂等贵金属催化剂价格昂贵，资源有限，因此燃料电池阴极氧还原催化剂的研究主要集中在寻找替代材料或构筑新型结构的催化剂上。
二、研究现状近年来，燃料电池阴极氧还原催化剂的研究取得了一系列重要进展。
一方面，通过掺杂、合金化、复合等方法，已经成功地制备出了一系列具有良好氧还原活性和稳定性的非贵金属催化剂。
铁、镍、钴基催化剂及其氧化物等，在氧还原反应中表现出良好的催化性能。
碳材料也常用作载体，通过调控碳材料的晶相结构、孔径大小和表面性质，能够显著提高催化剂的活性。
纳米技术的发展为燃料电池阴极氧还原催化剂的研究提供了新的思路和方法。
纳米催化剂具有较大的比表面积和较短的传质路径，能够显著提高催化剂的活性和稳定性。
纳米颗粒、纳米线、纳米孔等纳米结构的催化剂，具有优异的氧还原活性和电化学性能。
通过调控催化剂的形貌、尺寸和晶相等因素，还能够进一步提高催化剂的性能。
三、未来发展趋势燃料电池阴极氧还原催化剂的研究虽然取得了一系列重要进展，但依然面临着许多挑战。
一方面，大部分非贵金属催化剂的活性和稳定性仍然不及铂基催化剂，因此需要进一步提高非贵金属催化剂的性能。
非贵金属催化剂的制备成本也需要进一步降低，以满足实际应用的需求。
纳米催化剂的合成和表征技术还有待进一步完善，以有效控制催化剂的形貌、尺寸和晶相等因素。
对于燃料电池阴极氧还原催化剂的实际应用也需要进一步研究，包括催化剂的耐久性、毒物耐受性、水和二氧化碳的耐受性等。
燃料电池阴极氧还原催化剂的研究进展是一个长期而艰巨的任务，但随着材料科学和纳米技术的不断发展，相信燃料电池阴极氧还原催化剂会迎来更加广阔的发展前景。
收稿日期:2002201207 作者简介:王凤娥(1972—),女,内蒙古自治区人,工程师,硕士,主要研究方向为信息调研。
Biography :WAN G Feng 2e (1972—),female ,engineer ,master.质子交换膜燃料电池的研究开发及应用新进展王凤娥(北京有色金属研究总院,北京100088)摘要:介绍了国内外研究质子交换膜燃料电池的整体现状及水平,从电催化剂、膜电极及其制备工艺、质子交换膜以及双极板等几个方面,综述了质子交换膜燃料电池在材料及部件方面取得的成绩及研究现状,概述了质子交换膜燃料电池目前在电动车、船舶、移动电源等方面的应用情况。
提出了我国质子交换膜燃料电池的发展方向。
关键词:质子交换膜燃料电池;电池材料;部件;研究开发中图分类号:TM 911.4 文献标识码:A 文章编号:10022087X (2002)0520383205State 2of 2arts of re search ,development and application ofproton exchange membrane fuel cellWAN G Feng 2e(General Research Instit ute f or Non 2f errous Metals ,Beiji ng 100088,Chi na )Abstract :Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC )is the clean energy with high efficiency.It has wide ap 2plication prospect in stationary power supply ,portable power supply ,special power source for military ,and es 2pecially in electric vehicle (EV )as driving power.The comprehensive state 2of 2arts of research on PEMFC at home and abroad are introduced according to the R &D about it in recent years.The advances and status of re 2search on materials and assemblies for PEMFC are also reviewed from the point 2of 2view of electrocatalyst ,mem 2brane electrode and its fabricating technology ,proton exchange membrane ,current collector ,etc.Moreover ,the application status of PEMFC in EV ,ship and portable power supply is summarized ,and the developing trend of PEMFC in China is presented.K ey w ords :proton exchange membrane fuel cell (PEMFC );material of fuel cell ;assembly ;R &D 燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂之间的化学能通过电极反应直接转化成电能的装置。
质子交换膜燃料电池电催化剂的研究综述[摘要] 概述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理及电催化剂的特殊性质，总结了近年来的相关研究资料，综述了质子交换膜燃料电池用催化剂在国内外研究现状及目前的研究热点。
归纳了近年来提高催化剂稳定性的改进方法，包括改变合金组成、选择高稳定性催化剂载体、制备新型催化剂材料；最后提出了该催化剂材料研究中存在的问题和今后的发展方向。
[关键词] PEMFC；催化剂；载体；性能衰减；稳定性1.引言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。
燃料电池(FuelCell)因具有高效、环保、燃料来源广及可靠性高等优点成为各国研究的热点。
燃料电池是一种能直接将存储在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的电化学装置。
而其中的质子交换膜燃料电池(PEMFC)除了具备燃料电池一般的特点之外，还具有可室温快速启动、无电解液流失、无腐蚀、寿命长、比功率与比能量高、重量轻、体积小等突出特点[1]。
无论是PEMFC还是其它类型的燃料电池，其关键材料与部件都包括电极、电解质隔膜与双极板三部分。
电极是其核心组成部分，而电极性能是由电催化剂性能、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电流密度放电时的电池性能、运行寿命及成本等[2]。
所以，电催化剂的性能是关系到PEMFC能否真正走向商业化的重要因素，制备出性能优异、成本低、稳定性好的电催化剂将会有力促进PEMFC走向商业化，最终为发电技术开辟新的途径。
2 .质子交换膜燃料电池及其电催化材料质子交换膜燃料电池(PEMFC)也称固体聚合物电解质燃料电池。
以高分子聚合物为电解质，以Pt/C或Pt-Ru/C为电催化剂，以氢气或催化重整气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，以带有气体流动通道的石墨或表面改性金属板为双极板的一种燃料电池，低温燃料电池单体主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外电路，如图1所示。
pt基氧还原催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用一、引言质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换设备，其独特的电化学反应机制被广泛应用于便携式电源、电动汽车、航空航天以及分布式发电等领域。
在PEMFC中，氧还原反应（ORR）是关键的电化学过程之一，它发生在电池的阴极，将氧气转化为水。
为了实现这一过程，需要使用催化剂。
在这篇文章中，我们将探讨Pt基氧还原催化剂在PEMFC中的应用。
二、Pt基氧还原催化剂的作用与特性Pt基催化剂是当前最常用的氧还原催化剂，其在PEMFC中扮演着关键角色。
在阴极侧，氧气通过扩散进入电池，然后在催化剂的作用下进行还原反应。
Pt基催化剂的活性、稳定性和抗毒性能等特性对电池的性能和寿命有着重要影响。
三、Pt基氧还原催化剂的应用1. 提升电池性能：Pt基氧还原催化剂可以显著提升PEMFC的性能。
它们能够加速氧还原反应速度，从而提高电池的电流密度和功率密度。
此外，催化剂还可以提高电池的稳定性，降低电池衰减的速度。
2. 优化电池设计：通过选择合适的Pt基催化剂，可以优化电池的设计，提高电池的效率和性能。
例如，可以通过调整催化剂的粒径和形貌，提高其比表面积和活性位点数量，从而提高催化活性。
3. 增强电池安全性：某些Pt基催化剂具有优秀的抗毒性能，可以抵抗燃料中的一些有害物质，如硫化物等。
这有助于提高电池的安全性，延长电池的使用寿命。
四、未来发展趋势和挑战尽管Pt基氧还原催化剂在PEMFC中表现出优异的性能，但其高成本和低稳定性仍然是限制其广泛应用的主要因素。
因此，未来的研究应致力于开发低成本、高活性、高稳定性的非贵金属氧还原催化剂，以替代Pt基催化剂。
此外，随着燃料电池技术的不断发展，对催化剂的性能要求也会不断提高。
因此，需要不断优化催化剂的设计和制备方法，以适应新的技术需求和市场变化。
五、结论Pt基氧还原催化剂在质子交换膜燃料电池中扮演着关键角色，对提升电池性能、优化电池设计以及增强电池安全性具有重要作用。
燃料电池的催化剂研究进展在当今能源领域，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和广泛应用中起着至关重要的作用。
本文将详细探讨燃料电池催化剂的研究进展。
燃料电池的工作原理是通过化学反应将燃料（如氢气、甲醇等）和氧化剂（通常为氧气）的化学能直接转化为电能。
在这个过程中，催化剂能够加速反应的进行，降低反应的活化能，从而提高电池的性能和效率。
对于质子交换膜燃料电池（PEMFC）来说，铂（Pt）基催化剂一直是研究的重点。
铂具有出色的催化活性，能够有效地促进氢氧化反应（HOR）和氧还原反应（ORR）。
然而，铂是一种稀缺且昂贵的金属，这极大地限制了燃料电池的大规模商业化应用。
因此，如何减少铂的用量，同时保持甚至提高其催化性能，成为了当前研究的关键问题之一。
一种常见的策略是通过减小铂纳米颗粒的尺寸来增加其比表面积，从而提高铂的利用率。
研究表明，当铂纳米颗粒的尺寸减小到一定程度时，其催化活性会显著提高。
此外，将铂与其他金属（如钯、铑、钌等）形成合金，也可以改善其催化性能。
合金化不仅能够调节催化剂的电子结构，还可以提高其抗中毒能力和稳定性。
除了对铂基催化剂进行优化改进，非铂催化剂的研究也取得了一定的进展。
过渡金属氮化物、碳化物以及过渡金属氮碳（MNC）复合材料等都被认为是具有潜力的非铂催化剂。
其中，MNC 复合材料由于其良好的 ORR 催化活性、成本低廉以及稳定性较好等优点，成为了研究的热点之一。
在催化剂的载体方面，碳材料（如碳纳米管、石墨烯等）因其优异的导电性、大的比表面积和良好的化学稳定性，被广泛应用于燃料电池催化剂的载体。
此外，金属有机框架（MOFs）衍生的碳材料也引起了研究者的关注。
MOFs 具有高度有序的孔结构和可调节的化学组成，通过热解处理可以得到具有独特结构和性能的碳材料，为催化剂提供更好的支撑和分散。
为了进一步提高催化剂的性能，还需要对其微观结构和表面性质进行精确调控。
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第3期质子交换膜燃料电池研究进展高帷韬，雷一杰，张勋，胡晓波，宋平平，赵卿，王诚，毛宗强（清华大学核能与新能源技术研究院，北京100084）摘要：质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC ）因具有效率高、功率密度大、排放产物仅为水、低温启动性好等多方面优点，被公认为下一代车用动力的发展方向之一。
然而，目前PEMFC 在耐久性和成本方面距离商业化的要求还存在一定差距。
为攻克上述两大难题，需要燃料电池全产业链的共同努力和进步。
本文回顾了近年来质子交换膜燃料电池从催化剂、膜电极组件、电堆到燃料电池发动机全产业链的研究进展和成果，梳理出单原子催化剂、非贵金属催化剂、特殊形貌催化剂、有序化催化层、高温质子交换膜、膜电极层间界面优化、一体化双极板-扩散层、氢气系统循环等研究热点。
文章指出，催化层低铂/非铂化、质子交换膜超薄化、膜电极组件梯度化/有序化、燃料电池运行高温化、自增湿化是未来的发展趋势，迫切需要进一步的创新与突破。
关键词：燃料电池；催化剂；膜；膜电极组件；燃料电池堆；燃料电池发动机中图分类号：TK91文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）03-1539-17An overview of proton exchange membrane fuel cellGAO Weitao,LEI Yijie,ZHANG Xun,HU Xiaobo,SONG Pingping,ZHAO Qing,WANG Cheng,MAO Zongqiang(Institute of Nuclear and New Energy Technology,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC)has been considered as one of the most promising next-generation power sources for clean automobiles because of their advantages in efficiency,power density,environmental friendliness,low temperature start ability,etc..However,the gap between the durability and cost of PEMFC and those of commercialization requirements is still large.To overcome the above-mentioned two major problems,joint efforts and progress of the entire fuel cell process chain are required.In this paper,the recent research progress of the entire PEMFC process chain,from catalysts,membrane electrode assemblies (MEA),fuel cell stacks to fuel cell engines,are analyzed and classified reviewed,and research hotspots such as single-atom catalysts,non-noble metal catalysts,special morphology catalysts,ordered catalyst layers,high-temperature proton exchange membranes,MEA interlayer interface optimization,integrated porous bipolar plates,hydrogen circulation,are introduced.This paper points out that low/non-platinum catalyst layers,ultra-thin proton exchange membranes,gradient/ordered MEA,high-temperature operation and self-humidification of fuel cells are the future development trends,of which further innovation and breakthrough are urgently needed.Keywords:fuel cells;catalyst;membranes;membrane electrode assemblies;fuel cell stack;fuel cell engine特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2003收稿日期：2021-09-23；修改稿日期：2021-12-07。
