酸性环境中甲醇电氧化催化剂的研究进展
2021-09-28余素云梁乐程崔志明
化工进展 2021年9期
余素云,梁乐程,崔志明
(华南理工大学化学与化工学院,广东 广州 510641)
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,具有能量转化效率高、环境污染小、燃料范围广、工作噪声低等优点。直接甲醇燃料电池(DMFCs)是其中的一种,是直接利用液态甲醇作为燃料。与常见的以氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池相比,甲醇更容易处理、储存和运输,而高度易燃的氢气通常需要储存在高压容器中,有高压泄漏爆炸的风险,所以DMFCs 具有成本低、方便储存和运输、安全性高的优点。此外,甲醇的体积能量密度为4820W·h/L,远高于氢气(180W·h/L),所以DMFCs 是一种非常具有应用前景的高效能源转换装置。
相对于氢氧化(HOR)过程,发生在DMFCs阳极的甲醇氧化反应(MOR)是一个非常缓慢的过程,涉及将6个电子转移到电极以完全氧化甲醇生成二氧化碳[1-2]。目前为止,Pt 仍然是最先进的MOR 单金属催化剂。但在实际应用中,Pt 催化剂存在着活性、稳定性不足和抗CO 中毒性差的问题。
针对甲醇电催化氧化存在的问题,各国的科研人员开展了大量的研究工作来改进和发展电催化剂,并通过更先进的表征技术探究相关的反应机理,取得了很多重要的研究进展。本文综述了近年来酸性环境中直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展,主要包括对单组分Pt 催化剂、Pt 基合金催化剂的改性研究。催化剂设计的主导思想是通过改变Pt 基催化剂的组成、结构和形态来调控催化活性,或是通过催化剂与载体之间的协同作用、催化剂与助催化剂之间的作用等以实现优异的催化性能、抗中毒性及长期稳定性。……
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