李峥嵘，申涛，胡冶州，陈科，陆贇，王得丽

华中科技大学化学与化工学院，能量转换与存储材料化学教育部重点实验室，武汉 430074

1 引言

随着全球经济的发展，对于能源的需求量越来越大，加上不可再生能源的过度消耗，人类面临着资源匮竭和环境污染日益严重的问题。为了缓解能源和环境危机，开发和利用清洁能源迫在眉睫1。质子交换膜燃料电池(PEMFCs)由于功率密度高、能量转换效率高、环境友好、工作温度低等优点，被认为是最有前途的能量转换装置之一2。PEMFCs的种类很多，根据阳极通入的燃料种类可以分为：氢氧燃料电池(HOFC)、直接甲酸燃料电池(DFAFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、直接乙醇燃料电池(DEFC)等。它可以直接将化学能转化为电能，具体运行机制是：向阳极侧连续通入氢气或有机小分子(甲醇、乙醇、甲酸等)发生氧化反应，同时释放电子和质子，阴极侧连续通入氧气发生还原反应生成水。

为了使电化学转换反应的效率达到最大并使能量损失降至最低，需要使用合适的电催化剂3，理想的催化剂具有高活性、高选择性、优异的稳定性以及低成本。在上述大多数反应中，铂(Pt)通常是最高效的单金属电催化剂4，但目前存在很多因素制约PEMFCs的实际应用。这些因素主要是：(1)在阴极氧还原反应(ORR)中，Pt与含氧中间体的结合能较强，使含氧中间体不易从催化剂表面解吸，从而导致ORR动力学迟缓，影响燃料电池整体性能5。要使PEMFCs达到较高的功率密度需要使用高负载量的Pt催化剂。……