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直接乙醇燃料电池电极材料研究进展

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乙二醇电氧化的研究进展

乙二醇电氧化的研究进展

乙二醇电氧化的研究进展王国富;邓文娟【摘要】乙二醇作为燃料电池阳极燃料,具有较高的比能量和电能转换效率,可作为燃料电池理想燃料之一.关于其电氧化机理、电氧化过程中的中间物种,国内外进行了大量的研究.本文综述了近几十年来乙二醇电氧化机理方面的一些进展.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P81-83)【关键词】乙二醇;电氧化;燃料电池;催化剂【作者】王国富;邓文娟【作者单位】江西中医药高等专科学校,江西抚州344000;江西中医药高等专科学校,江西抚州344000【正文语种】中文在燃料电池中，虽然氢气的能量密度高达32.9kWh/kg，但由于其在生产、纯化、储存和运输等方面的困难而受到限制。

因此，发展液态燃料成为人们的研究热点。

甲醇由于能量效率高、易完全氧化成最终产物CO2，不管是理论上还是应用上都是研究的最多的［1］261－272。

但甲醇有毒，这一点限制了其大规模使用。

乙醇由于来源丰富，无毒，在质子交换膜燃料电池中受到重视［2］18－24，但由于低温下难以打开C－C键，从而直接影响到燃料电池的法拉弟效率。

乙二醇因具有较高的比能量、较高的化学能、电能转换效率、无毒等优点，作为直接燃料电池的一种可替代燃料，使其在直接燃料电池的基础理论研究和应用研究方面受到重视［3］17－27。

乙二醇两个碳上都有－OH功能团，容易氧化成乙二酸甚至二氧化碳［4］85－91，因此其有8－10个电子的转移，这意味着法拉弟效率高达80%以上。

本文将对近几十年来乙二醇电氧化方面的一些进展作一个综述。

1.乙二醇电氧化的热力学及动力学基础1.1 直接乙二醇燃料电池的热力学基础直接乙二醇燃料电池的电极反应如下:阳极反应的标准电极电势相对于标准氢电极为－0.008V，阴极反应的标准电极电势为1.229V，乙二醇的能量密度为5.27kWh/kg，电池的理论效率为98.9%，理论能量效率高于相应条件下氢氧燃料电池的能量效率(83%)，能量密度稍低于相应的汽油等碳氢化合物能量密度(约为10.11kWh/kg)，和甲醇、乙醇等的差不多，但却是当下广泛使用的锂离子电池能量密度的十倍左右。

直接乙醇燃料电池研究进展

直接乙醇燃料电池研究进展

直接乙醇燃料电池研究进展
卢浩滋;杨映;谢勇;余刚
【期刊名称】《湖南工业大学学报》
【年(卷),期】2017(031)006
【摘要】直接乙醇燃料电池的研究受到广泛的关注,但是乙醇反应机理较为复杂,目前乙醇直接燃料电池的效率很低.乙醇催化效率的提高研究目前主要集中在催化剂的选择、使用和对渗透膜的改进上.结合报道和课题组对Pt基纳米线的相关研究,就乙醇直接燃料电池研究的现状、存在的问题以及未来的前景进行了综述.
【总页数】7页(P65-71)
【作者】卢浩滋;杨映;谢勇;余刚
【作者单位】湖南工业大学包装与材料工程学院,湖南株洲 412007;湖南大学化学化工学院,湖南长沙 410082;湖南大学化学化工学院,湖南长沙 410082;湖南工业大学包装与材料工程学院,湖南株洲 412007;湖南大学化学化工学院,湖南长沙410082
【正文语种】中文
【中图分类】TM911.4
【相关文献】
1.直接乙醇燃料电池催化剂的研究进展 [J], 徐群杰;刘明爽;李巧霞;周罗增
2.直接乙醇燃料电池阳极催化剂的研究进展 [J], 王旭红;朱慧;刘飞;黄金山;董如林;倪红军
3.直接乙醇燃料电池阳极催化材料的研究进展 [J], 罗彬;周德璧;赵大鹏;刘军;王珏;王俊杰
4.直接乙醇燃料电池电催化剂活性成分研究进展 [J], 朱昱;朱杨杨;汪兴兴;李小武;倪红军
5.直接乙醇燃料电池阴极催化剂的开发及其性能研究 [J], 顾兴佳;柴弘伟;冯婷;付晓宇;仵菲;黄如玉;王芳
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燃料电池的电极材料

燃料电池的电极材料

燃料电池的电极材料燃料电池是一种利用化学反应产生电能的装置，其核心部分为电极。

电极材料是燃料电池的重要组成部分，直接影响着燃料电池的性能和稳定性。

本文将介绍燃料电池的电极材料及其特点。

1. 阳极材料阳极材料是指燃料电池中负责氧化燃料的电极。

常用的阳极材料有铂、钯、金、铜等金属以及碳材料。

其中，碳材料是最常用的阳极材料，因为它具有良好的导电性、化学稳定性和机械强度，同时价格相对较低。

2. 阴极材料阴极材料是指燃料电池中负责还原氧气的电极。

常用的阴极材料有铂、钯、金等贵金属。

这些材料具有良好的电催化性能和稳定性，但价格昂贵。

因此，研究者们一直在寻找更为经济实用的阴极材料。

目前最有前景的阴极材料是非贵金属材料，如氧化物、硫化物、氮化物等，它们具有良好的催化性能和较低的成本。

3. 催化剂催化剂是指在燃料电池中促进反应的物质。

常用的催化剂有铂、钯、金等贵金属。

这些材料具有良好的电催化性能和稳定性，但价格昂贵。

因此，研究者们一直在寻找更为经济实用的催化剂。

目前最有前景的催化剂是非贵金属材料，如氧化物、硫化物、氮化物等，它们具有良好的催化性能和较低的成本。

4. 电解质电解质是指燃料电池中负责离子传递的物质。

常用的电解质有质子交换膜和氢氧化钾溶液。

质子交换膜是目前应用最广泛的电解质，它具有高的离子传导率、优良的化学稳定性和机械强度。

氢氧化钾溶液是一种传统的电解质，但由于其腐蚀性较强，使用范围受到限制。

燃料电池的电极材料是燃料电池的重要组成部分，直接影响着燃料电池的性能和稳定性。

未来，随着新材料的涌现和燃料电池技术的不断发展，燃料电池的电极材料将不断得到提升和完善。

直接乙醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接乙醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

燃料 电池 以其高转化 率 、 低环 境 污染 、 低 噪音 污 染 、 安 全 可靠 、 不随负荷 大小 而变化 的发 电效率 等优 点受 到 越来 越 多
的关 注 。在 环境 问题 日益 严重 的今 天 ， 其对 解决 经 济发 展 与 能 源短缺 以及环 境污染 之间 的矛盾有很 大 的助益 ＿ １ ］ 。
・
１ ２ ８ ・
材 料 导报 Ａ： 综述篇
２ ０ １ ３年 １ １月 （ 上） 第２ ７卷 第 １ １ 期
直 接 乙 醇 燃 料 电池 阳 极 催 化 剂 的 研 究 进 展
王旭 红 ， 朱 慧 ， 刘 飞 ， 黄金 山 ， 董如林。 ， 倪 红军
（ １ 常州大学材料科学 与工程学 院， 常州 ２ １ ３ １ ６ ４ ； ２ 常熟理工学院化学与材料工程学 院， 常熟 ２ １ ５ ５ ０ ０ ； ３ 常州大学石油化工学院 ， 常州 ２ １ ３ １ ６ ４ ）
料 电 池 阳 极催 化 剂及 担 载物 的发 展 。
关键 词 直接 乙醇燃料电池 阳极 电催化剂 催化剂载体
中图分类号 ： Ｔ Ｋ９ １
文献 标 识 码 ： Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ａｎ ｏ ｄ ｅ Ｃａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ Ｅｔ ｈａ ｎｏ ｌ Ｆｕ ｅ ｌ Ｃｅ ｌ ｌ
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直接乙醇燃料电池催化剂的研究进展

直接乙醇燃料电池催化剂的研究进展
ｘ ｑｎｉ＠ ｓｉｐ ｅｕ ｃ ． ｕ ｕｊ ｅ ｈｅ ．ｄ ．ｎ
基 金项 目：国家 自然科学 基金 （ １０ １７ ． ２ １３ ０ ）
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院Leabharlann 学报 Ｃ Ｏ中毒是 乙醇 氧 化 的两 大 障 碍 ， Ｐ 催 化 剂 能 而 ｔ 快 速地 吸附催 化反 应 中产 生 的 Ｃ Ｏ并 将 其 氧化 成 Ｃ 因此 具有很 高的氧化 效率 ． Ｏ， 文献［］ ９ 采用将 Ｐ 直接嵌 入 碳干凝 胶 的方法 ｔ 制 备 出低负 载率 的 Ｐ／ ４ ３ ｗ％ ） 化 剂 ， 乙 ｔＣ（．２ ｔ 催 在 醇 催化 氧化 实验 中与 ２ｗ％Ｐ／ ０ ｔ ｔＣ进行 对 比发 现 ，
ｆｅ ｃｌ Ｄ Ｆ ｕ ｌ ｅ ｓ（ Ｅ Ｃ）ａｅ ｒ ｉ ｅ ．Ｃ ｔ ｙ ｃ ｍ ｃａ ｉ ｆｃｔ ｙｔ ｆｒｅ ａｏ ｏｉａ ｏ ｎ ｈ ｌ ｒ ｅ ｅ ｄ ａａ ｔ ｅｈ ｎｓ ｏ ａａ ｓ ｔ ｎ ｌ ｘｄｔ ｎ ａｄ ｔｅ ｖｗ ｌｉ ｍ ｌ ｓｏ ｈ ｉ
化剂对 乙醇的催化 机理 和催 化剂 失效 的原因 ， 并指 出了 Ｄ Ｆ Ｅ Ｃ催化剂今后 的研究方 向．
关键 词 ：乙醇 ； 料 电池 ； 化 剂 ；ｔ ；ｄ系 燃 催 Ｐ系 Ｐ 中 图 分 类 号 ：Ｕ ７ ． ０ ４ ．６ ４ ３４；６ ３ ３ 文献 标 志码 ：Ａ
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｃａ ａ ｙ ｔ ｎ Ｄｉｅ ｔＥｔ ｎ ｌＦｕ ｌＣｅｌ ｏ ｒ ｓ ｆＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｌ ｓｓ ｉ ｒ ｃ ｈａ ｏ ｅ ｌｓ
甲醇燃 料 电池 （ ＭＦ 受 到 了广 泛 关 注 Ｊ 然 而 Ｄ Ｃ） ，
ＤＦ Ｅ Ｃ的 Ｐ 系催 化 剂 、ｄ系催 化 剂 ， ｔ Ｐ 以及 其 他 合 金催 化 剂 的研 究 现 状 ， 绍 了催 化 剂 载 体方 面 的 介

直接醇燃料电池的研究及应用

直接醇燃料电池的研究及应用

直接醇燃料电池的研究及应用随着能源危机的日益严重，寻找新型清洁能源正逐渐成为世界各国的共同目标。

直接醇燃料电池作为一种新型、无污染的动力源，因其高效、环保、安全等优点，正在逐渐受到人们的关注。

本文将就直接醇燃料电池的研究、应用等方面进行探讨。

一、直接醇燃料电池的基础原理直接醇燃料电池是利用低温下醇类化合物（偏差醇、乙醇等）作为燃料源，并将其在阳极氧化，通过电化学反应将其转换成电能的一种装置。

其基本反应方程式为：C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O由此可见，直接醇燃料电池的产物仅有二氧化碳和水，不会产生二氧化碳等有害气体，属于环保型能源，同时也有着高效、低成本等优点。

二、直接醇燃料电池的研究进展随着科技的迅猛发展，直接醇燃料电池的研究也在不断深入。

目前，直接醇燃料电池的研究主要集中在以下几个方面：1. 阳极催化剂的开发与改进阳极催化剂是直接醇燃料电池中重要的组成部分，对电池的性能至关重要。

目前，以纳米金属、合金和碳基材料等为催化剂的研究较为广泛。

2. 电解质的研发与改进电解质是直接醇燃料电池中的另一个重要组成部分，它直接影响电池的性能和稳定性。

目前，以聚合物电解质为代表的第三代直接醇燃料电池开发得较为迅速。

3. 电极材料的设计与制备电极材料在直接醇燃料电池的性能中也发挥着重要的作用。

目前，以多孔材料、纳米材料和复合材料等为代表的电极材料的研究相当活跃。

三、直接醇燃料电池的应用前景直接醇燃料电池作为一种新型清洁能源，具有环保、高效、低成本等优点，将不可避免地成为未来的发展趋势。

目前，直接醇燃料电池的应用主要体现在以下几个方面：1. 交通运输领域直接醇燃料电池汽车作为一种清洁、高效的交通工具，具有显著的优势。

目前，已有不少国内外车企投入到该领域的研制中。

2. 移动电源市场随着智能化时代的来临，移动电源市场也迅速升温。

而直接醇燃料电池移动电源不仅可以满足市场的需要，还能为环保出一份力。

3. 家庭供电领域随着人们环保意识的提高，减少家庭能耗也成为一种趋势，而直接醇燃料电池发电机则成为一种“绿色能源”选择。

直接乙二醇燃料电池阳极催化材料的研究进展

直接乙二醇燃料电池阳极催化材料的研究进展赵亚飞;马宪印;李云华;李巧霞【摘要】The mechanism of electrooxidation of ethylene glycol in direct ethylene glycol fuel cell(DEGFC) was reviewed.The performance of supported Pt and non-Pt series anode electrocatalysts for electrooxidation of ethylene glycol,including single metal,binary and ternary alloys dopted with Ru,Sn,Ni,Rh,WO3 and TiO2 was introduced.The developing direction of electrocatalysts for ethylene glycol electrooxidation was discussed.%综述直接乙二醇燃料电池催化剂的催化反应机理,以及不同载体负载Pt、Pd单金属催化剂,掺杂金属Ru、Sn、Ni、Rh及金属氧化物WO3、TiO2等合成二元和多元Pt 系和非Pt系阳极电催化材料对乙二醇电催化氧化性能的研究现状,并对乙二醇电催化剂的研究方向进行展望.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2017(047)001【总页数】4页(P48-51)【关键词】直接乙二醇燃料电池;乙二醇电氧化;阳极电催化剂【作者】赵亚飞;马宪印;李云华;李巧霞【作者单位】上海电力学院环境与化学工程学院,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院环境与化学工程学院,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院环境与化学工程学院,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院环境与化学工程学院,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM911.46燃料和催化剂对燃料电池性能有着重要的影响。

醇类燃料电池的研究进展

醇类燃料电池的研究进展醇类燃料电池，是一种利用醇类作为燃料、产生电能的设备。

与传统燃油发电机相比，它具有环保、高效、可再生等优点。

自醇类燃料电池被发明以来，其研究一直处于不断深入发展的状态。

在本文中，我们就来探究一下醇类燃料电池的研究进展。

一、醇类燃料电池的基本原理醇类燃料电池的基本原理是，将醇类燃料（如甲醇、乙醇等）与空气中的氧气反应，产生电荷，从而产生电能。

具体来说，醇类在阳极催化剂上发生氧化反应，将电荷转移到阴极催化剂上，然后与氧气在阴极上发生还原反应，形成水和电荷。

这些电荷随后在外部电路中流动，从而产生电能。

二、醇类燃料电池的应用领域醇类燃料电池的应用领域非常广泛，包括移动电源、无线电通信、电动汽车、家用照明等多个方面。

其中，移动电源以及电动汽车是醇类燃料电池的主要应用领域之一。

在移动电源领域，由于其能量密度高、使用方便等特点，其应用逐渐得到人们的认可；而在电动汽车方面，醇类燃料电池的优点主要表现在长续航里程、快速充电等方面。

三、醇类燃料电池的发展历程醇类燃料电池的研究始于20世纪60年代，最早是在美国国家标准局（NBS）和日本原子能研究所（JAERI）等地进行的。

在1970年代中期，NBS的研究人员成功地制造出了第一台以甲醇为燃料的燃料电池。

此后，燃料电池的技术不断得到改进和完善，其发展历程大致可以分为以下几个阶段：1. 早期研究阶段（1960s - 1980s）在这个阶段，燃料电池的研究以理论探究为主，实验实现较少。

此时，基本上只有固体聚合物电解质燃料电池（PEFC）得到了实际应用。

2. 发展成熟阶段（1990s）在这个阶段，燃料电池的研究逐渐向实验室里进行。

PEFC技术不断得到改进，出现了石墨板电子传导催化剂（GC），且用于汽车工业方面的PEFC系统正在迅速发展。

3. 科研转向阶段（2000s）在这个阶段，燃料电池的研究逐渐从理论探索转向针对具体应用的科研开发上。

研究人员开始采用新型纳米材料和高效催化剂等新技术来提高燃料电池的性能，并逐渐将重点转向了直接甲醇燃料电池（DMFC）和醇类燃料电池。

基于氮掺杂纳米碳材料的直接甲醇燃料电池催化剂的研究进展_张文耀


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１ 氮掺杂纳米碳材料的制备方法
实现氮原 子 在 纳 米 碳 材 料 中 的 掺 杂 ， 目前主要 ： ， 有 ２ 类方法 原位 掺 杂 和 表 面 掺 杂 如 图 ２ 所 示 。 原 位掺杂是指 利 用 含 碳 及 含 氮 的 复 合 物 为 前 驱 体 ， 直 氮复合 材 料 ； 而表面掺杂是以纳米碳材 接生长成碳 、 料为基体 ， 通过表面 刻 蚀 、 功能化等方法实现氮原子 在其表面的掺杂 。
能量效率 直接甲 醇 燃 料 电 池 具 有 操 作 温 度 低 、 高、 无电解质腐蚀 、 污染排放少及燃料便于运输等优 点， 在 交 通 运 输、 便 携 式 电 子 设 备、 洁净电站等方面 ［ ］ １ ３ － 。直接甲醇燃料电池的结 都有广泛 的 应 用 前 景 构如图 １ 所示 。 直接 甲 醇 燃 料 电 池 可 以 将 液 体 燃 料 的化学能直接转换 为 电 能 ， 不 通 过 热 机 过 程， 不受卡 诺循环的限 制 ， 从而显著减少能量在转换过程中的 损失 ， 提高转换效 率 。 此 外 ， 甲醇氧化反应的最终产 物为水和二氧化碳 ， 对 环 境 无 污 染， 十分符合环保减 排的要求 。 但 是 作 为 一 种 新 型 的 能 量 转 换 系 统 ， 其 研究与应用尚处于 起 步 阶 段 。 目 前 制 约 着 直 接 甲 醇 燃料 电池商业化进程的主要障碍是其高昂的制备成 本， 以及甲醇缓慢的 氧 化 动 力 学 反 应 速 率 ， 而解决这 １， ４］ 。 些问题的关键在于寻找合适的电极催化剂材料 ［

直接乙醇燃料电池研究进展

万方数据万方数据万方数据万方数据直接乙醇燃料电池研究进展作者：袁善美， 朱昱， 倪红军， 黄明宇， Yuan Shanmei， Zhu Yu， Ni Hongjun， Huang Mingyu作者单位：南通大学机械工程学院,南通,226019刊名：化工新型材料英文刊名：NEW CHEMICAL MATERIALS年，卷(期)：2011,39(1)1.Chctty R;Scott K Direct ethanol fuel cells with catalysed metal mesh anodes[外文期刊] 2007(12)2.黄明宇.倪红军.周一丹.朱昱.骆兵质子交换膜燃料电池的研究与应用 2005(4)3.Rousseau S;Coutaneeau C;Lamy C Direct ethanol fuel cell (DEFC):Electrical performances andreaction products distribution under operating conditions with different platinum-based anodes 2006(01)4.褚道葆.尹晓娟.冯德香.林华水.田昭武乙醇在Pt/nanoTiO2-CNT复合催化剂上的电催化氧化 2006(10)5.Wang Q;Sun G Q High performance direct ethanol fuel cell with double-layered anode catalyst layer [外文期刊] 2008(01)6.罗彬.周德璧.赵大鹏直接乙醇燃料电池阳极催化材料的研究进展 2007(专辑9)7.赵晓红;王淑敏;张雷勇Pt-Mno2/C的制备及对乙醇电催化活性的研究[期刊论文]-电源技术 2009(02)8.章冬云.马紫峰.原鲜霞乙醇电催化氧化反应动力学分析与研究进展 2005(2)9.Zhou W J;Li W Z;Song S Q Bi-and tri-metallic Ptbased anode catalysts for direct ethanol fuel cells [外文期刊] 2004(1-2)10.徐明丽.张正富.杨显万纳米材料及其在电催化领域的研究进展 2006(z2)11.徐明丽;张正富;杨显万纳米材料及其在电催化领域的研究进展[期刊论文]-材料导报 2006(专辑7)12.Zhou W J.Li W Z.Song S Q Bi-and tri-metallic Ptbased anode catalysts for direct ethanol fuelcells 2004(1-2)13.章冬云;马紫峰;原鲜霞乙醇电催化氧化反应动力学分析与研究进展[期刊论文]-化工进展 2005(02)14.赵红晓.王淑敏.张雷勇.蒋瑞霞Pt-MnO2/C的制备及对乙醇电催化活性的研究 2009(2)15.罗彬;周德璧;赵大鹏直接乙醇燃料电池阳极催化材料的研究进展 2007(专辑9)16.Wang Q.Sun G Q High performance direct ethanol fuel cell with double-layered anode catalyst layer 2008(1)17.褚道葆;尹晓娟;冯德香乙醇在Pt/nanoTiO2-CNT复合催化剂上的电催化氧化[期刊论文]-物理化学学报2006(10)18.Rousseau S.Coutaneeau my C Direct ethanol fuel cell (DEFC):Electrical performances andreaction products distribution under operating conditions with different platinum-based anodes 2006(1)19.汤东;倪红军;罗福强凝胶流动相方形直接乙醇燃料电池组 200920.Spinace E V.Linardi o A O Co-catalytic effect of nickel in the electro-oxidation of ethanol on binary Pt-Sn electrocatalysts 2005(4)21.朱明远;孙公权;李焕巧Sn(Ⅱ)/Sn(Ⅳ)对PtSn/C乙醇电化学氧化活性的影响[期刊论文]-催化学报 2008(08)22.Lopes T.Antolini E.Colmati F Carbon supported PtCO (3:1) alloy as improved cathode 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通过线性扫描法、循环伏安法研究显示Pt-Ru催化剂负载在MCN上对 于乙醇的氧化比负载在tMWCNTs、MWCNTs有更高的催化活性。PtRu 催化剂负载在 MCN 与 tMWCNTs 上比负载在 MWCNTs 有较好的电 池性能。具有较高电催化活性的原因也许是由于Pt-Ru负载在MCN上 具有独特的空间性能和 MCN 上具有一些有机杂质所导致的。在直接 乙醇燃料电池中测试发现催化剂的电流密度依次为 MCN>tMWCNTs>Vulcan-XC 。 Pt-Ru 负载在 MCN 具有最高的电流密 度61.1mW/cm2。
在燃料选择上，醇类选择也有很多 , 如甲醇、乙醇等。 其中甲醇具有易挥发、毒性高、易透过 Nafion 膜等问题 , 近年来 , 乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇等都引起了人 们的关注。其中 , 在众多的醇类中 , 研宄者们最看好的是 乙醇 , 因为从结构上来说 , 乙醇是最简单的链醇分子 , 同 时 乙 醇 对 人 体 的 毒 害 作 用 较 小 , 理 论 能 量 密 度 高 (8.1 kWh/kg) 较低的渗透率 , 来源广泛 , 并且乙醇燃烧生成的 物质恰好是自然界通过光合作用合成乙醇所必备的物质 , 所以乙醇燃烧产生的温室效应可以忽略 , 符合绿色化学 要求 , 是典型的可再生绿色环保型能源。因此 , 直接乙醇 燃料电池不仅有理论意义上的研究价值 , 而且有非常大 的实际应用潜力。
首先将适量的先驱物 H2PtCl6·6H2O 和RuCl3 溶于异丙醇中，并将不 同的负载体也溶于上述溶液中下加热到70℃加热2小时，然后将混合 液超声3小时。（超声3小时目的是为了将金属先驱物和负载体混合并 注入到负载体上。)然后将此混合液于 70℃加热12小时以确保将异丙 醇蒸干。将得到的干燥物于400℃的管式炉中通H2煅烧4小时，得到的 产物即是所要的催化剂。
音），又可像内燃机一样重新添加燃料，同时，燃料电池
还具有燃料范围广、负荷调节灵活可靠性高等优点。所以
燃料电池备受人们的关注。
阳极(燃料 气通入)
通常要求为多孔 结构便于反应气 体通入和产物排 出
燃料电池组成
阴极(氧化 气通入)
电解质和外部电路
燃料电池原理和普通电池一样，但是，它工作时需要连 续地向其供给反应物质 --- 燃料和氧化剂，这又和普通 化学电池不一样。 具体为工作时向负极（阳极）连续供给燃料 ( 氢气、及 醇类），向正极（阴极）连续供给氧化剂（空气、起作 用的成分为氧气）。以氢气为列：氢在负极分解为正离 子 H + 和电子 e - 。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部 电路转移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正 极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上 电子形成水。这既燃料电池的工作原理。
CN作为一种材料被广泛的研究，由于这种材料将N并入C结构中可以有 效的提高能量的储存、导电、力学性能。因此介孔碳氮负载催化剂经 常用在直接乙醇燃料电池中氧要 研 究 Pt-Ru 催 化 剂 负 载 在 MCN,MWCNT ， tMWCNTs和Vulcan-XU。
直接乙醇燃料电池 (DEFC) 的组成及工作原理如下图所 示气乙醇在阳极发生电催化氧化反应转换成 C0 2 和水 , 该 过程同时释放出电子和质子 , 质子透过电解质在阴极与 氧气发生反应 , 生成水。而电子经过外电路上的负载到 达阴极 , 将化学能转化成电能。
燃料发生氧化作用 的阳极 氧化剂发生还原作 用的阴极 质子交换膜（目前 大多数为全氟磺酸 膜）
Fig. 1 —The thermo gravimetric analysis of the MCN material (a) in air atmosphere and (b) in nitrogen atmosphere
Fig. 3 — (a) XRD pattern, (b) FTIR spectra, and (c) TEM micrographs of powder MCN.
International journal of hydrogen energy 39 (2014)I5956-I5966
直接乙醇燃料电池（DEFC) 作为能源在可移动的，稳定的，以及手提 式应用方面已经被广泛研究。然而对于将乙醇完全氧化为 CO2却较为 困难，一方面由于C-C键的断裂不完全，另一方面由于形成的 CO会使 Pt催化剂中毒从而影响它的催化活性。 对于乙醇电催化氧化中催化剂的活性主要由颗粒的尺寸和催化剂的分 布以及负载物的特征性质决定。为了获得较高的电催化活性需要加入 第二种合金如 Ru,Sn,Ir,等,在这些二元合金中 Pt-Ru最有研究前景， 因为它能较好的解决CO中毒能力。同时可以提高电催化活性通过二元 合金得到更大的表面区域，高的电导率。
由于单纯的非 Pt 材料性能较低，所以大多数研究均为 Pt 与其他金属或 Pt- 金属 - 非金属三相或多项的复合， 这类研究的电极材料性能也很好与纯 Pt 电极材料很是 接近，但在价格等其他方面相比纯 Pt 有很大的优势。
Effect of support materials on the performance of direct ethanol fuel cell anode catalyst
非 Pt 材料的研究主要有：基于其他金属如 Pd 、 Ni 、 Co 、 等其他金属，大多数研究多为复合，即多种金属复合形 成合金以期望达到提高催化活性更好的应用于电化学研 究。
Pt 与其他金属或非金属复合材料研究：目前与 Pt 复合 提高催化活性的研究也已做了很多，如 Pt-Sn 、 Pt-C 等。
H+
100-200℃
(Li，K)CO3
CO32-
650-700℃
固体氧化物燃 氧化钇稳定的 料电池（SOFC) 氧化锆
O2-
900-1000℃
开发廉价制备 技术
而质子交换膜燃料电池是目前研究最多也比较成熟的。 其中以氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池具有环境友 好、室温快速启动、能量转化效率高、无电解液流失、 寿命长、比功率与比能量高等突出特点 , 从而成为发展 最快的燃料电池。然而 , 现阶段氢气来源、储存以及运 输等方面存在着较大的瓶颈 , 限制了质子交换膜燃料电 池的实际应用 , 尤其是在可移动电源领域。相比于氢气 燃料电池而言，直接醇类燃料电池是一种可直接利用醇 类的水溶液作燃料的低温型质子交换膜燃料电池。由于 醇类来源广泛、易储存和运输等优点 , 使其相比氢气具 有广泛的应用前景。
燃料电池分类
电解质 碱性燃料电池 （AFC) 质子交换膜燃 料电池 （PEMFC) 导电离子 工作温度 技术状态 高度发展、高 效
KOH
OH-
50-200℃
全氟磺酸膜
H+
室温-100℃
降低成本 成本高余热利 用价值低
需延长寿命
磷酸燃料电池 （PAFC)
熔融碳酸盐燃 料电池 （MCFC)
H3PO4
tMWCNTs的制备（用酸处理）
将1g未经处理的MWCNTs溶于适量的4MH2SO4和4MHNO3超声处理2小时，然后 将混合液至于圆底烧瓶里强力搅拌回流加热到140℃加热14小时，然后用 二次水离心洗涤数次直到PH=7，然后将样品放于真空炉中 50℃下烘干一 晚上。
MCN 作 为 复 合 金 属 Pt-Ru 催 化 剂 的 载 体 ， 需 要 用 煅 烧 过 的 介 孔 SiO2(SBA-15)作为模板，室温下将0.3g的煅烧过的介孔SiO2加入到含 有1.2g乙二胺、2.4g四氯化碳的混合液中。然后将上述混合液搅拌加 热到 90℃回流加热 10 小时，诱导先驱物的聚合。然后将混合物于 400℃下通N2保护下加热2小时，使得聚合物碳化。待上述样品热分解 后将所得物质溶于5%HF水溶液中除去SiO2模板。再将所得样品用乙 醇洗涤数次然后置于100℃烘干一晚上。
电极材料是燃料电池中的重要组件，在电解过程中起着 重要的作用，一般电解过程中发生的氧化还原过程都在 电极上，因此电极材料对整个反应过程起着至关重要的 作用，所以在这方面的研究也就凸显的更加重要与必要。
目前常用的电极材料有 :
① 碳材料（玻碳电极） ② 金属及其氧化物材料（ Pt 、 Pd 、 Ni 、 Au 、 RhO 、 IrO 等 ) ③ 导电聚合物材料（聚吡咯；聚苯胺；聚噻吩）
目前， Pt 的电催化活性高性能较好，所以 Pt 电极材料 研究最多也最成熟，应用也最广泛，但是由于其储量低、 价格高严重阻碍了其商业化进展，所以致力于这一点最 近几年非 Pt 材料或者 Pt 与其他金属或非金属复合材料 的研究也逐渐多了起来，性能与 Pt 电极材料比较起来 接近甚至有所超越，同时有利于商业化的发展，从而为 解决能源危机提供了可能性。
using fouriertransform infrared spectroscope (FTIR), X-ray diffraction(XRD),transmission electron microscope (TEM), thermo gravimetric analysis (TGA), and X-ray photoelectron spectroscope (XPS) techniques. The linear sweep voltammetry (LSV), cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) tests were carried out. Finally, performance of membrane electrode assemblies (MEAs), using Pt/C as catalyst at the cathode and Pt-Ru as metal catalyst at anode with different supports, e.g., MCN, t-MWCNT, MWCNT and Vulcan-XC were carried out in a 5 cm2MEA of DEFC.