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应用静电纺丝技术的电催化剂及载体材料制备研究进展

2021-03-30崔卓安綦戎辉

化工进展 2021年3期
关键词:催化剂结构

崔卓安,綦戎辉

(华南理工大学化学与化工学院,广东广州510006)

无论是燃料电池、金属-空气电池还是电解水制氢技术,都需要高效经济的电催化剂作为电化学反应的动力学支撑。与传统的颗粒状催化剂相比,纳米线、纳米管和其他一维纳米结构催化剂表现出更优异的电解质扩散和电荷传输能力,其催化活性及选择性都远高于传统催化剂[1]。这些一维纳米材料可通过自组装[2]、水热合成[3]、模板法[4]、气相法[5]和静电纺丝[6-7]等多种方法制备。其中,静电纺丝设备简单、操作便利、生产效率高,是当前用于直接制备纳米纤维最便捷有效的方法。通过静电纺丝技术制备的纳米纤维催化剂具有均一的纳米结构、出色的纤维形貌、较高的比表面积、适当的孔隙率及可控的长径比等优势,在水电解等组件的应用中表现出良好的催化活性及电化学耐久性。此外,通过该方法制备的某些过渡金属及低负载量贵金属催化剂具有较高的经济效益,能够有效地降低氧还原反应、水电解反应等能源转化过程中的成本,是市面上铂、钌等贵金属催化剂的潜在替代品。从产业技术发展、应用及市场发展的规律看,静电纺丝技术已进入产业化应用前期阶段,一旦实现突破将迅速形成市场规模。因此,一旦解决产业化生产问题,静电纺丝技术在电催化领域将有很大的市场潜力。

为此,本文就现阶段应用静电纺丝技术的电催化剂制备及研究进行了综述。首先介绍了静电纺丝装置的原理、工艺影响因素以及静电纺丝技术的发展现状,之后重点介绍了静电纺丝制备催化剂及催化载体材料的研究进展,并从催化活性、电化学稳定性以及成本效益上进行了评估,以期为今后的研究提供参考。……

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