工艺控制
直接甲酸燃料电池阴极催化剂的研究进展
刘丽（江西中医药高等专科学校，江西抚州344000）
摘要：甲酸燃科(DFAFC)电池比甲醇酶燃科电池(DMFC)具有许多优越性，一直以来，研究者致力于其朗、阳极催化制的研究。本文总结DFAFC明极催化制进儿年来的研究进展。结合同行对其他燃料电池期极催化剂的研究结果，提出未来DFAFC 的极催化剂的发展趋势和研究方向。
关键词：甲酸燃科电池；朗极催化剂；氧还原 1研究进展
1.1贵金属Pt系催化剂
由于P对氧气还原有高的电催化活性，起初主要集中研究 Pt/C基催化剂。但由于其产电功率低，成本高，甲酸渗透的存在使得催化剂CO中毒，降低了阴极催化剂的性能。催化剂对氧催化有四电子、2电子过程。若按照4电子过程，高效催化剂应对两个阶段的反应（催化氧还原和催化中间产物分(H0.)解) 具有催化效应，而这两阶段对催化剂表面的要求是不统一的，采用降低极化的方法(即复合催化剂)可使反应各个阶段均在对其有益的表面进行，固此，酸性电解质体系中，PI复合催化剂逐断取代了纯PI基催化剂。如P-Au/C催化剂，Au使得Pt-Pt(0.223nm)间距减小，有利于氧的吸附，提高催化性能，同时，过渡金属具有丰富的d轨道，增加了P5d轨道的空位（电子效应），使P催化剂表面更易接受0:分子π轨道的电子而形成吸附键，达到活化的目的。不幸的是，价格不菲的P易被CO中毒，且固其强极化作用和电化学反应，会加速载体C的腐蚀与氧化，使电池寿命衰减。
1.2贵金属Au系催化剂
Chen等采用聚乙烯醇(PVA)保护NaBH还原法和预沉淀 NaC,H,O.还原法分别制备了粒径为5.3nm和29nm的Au/C催化剂，结果表明：Au/C对氧具有良好的催化活性，且颗粒越小催化活性越高，虽然Au/C的催化活性远不如pt/C，但Au/C对甲酸儿乎不具有催化活性，具有优良的抗甲酸毒化的能力。Chen等利用四氢呋腩(THF)络合还原法制备了Au/C、Ir/C、Au-Ir/C催化剂，结果表明：三者对甲酸都没有电催化活性，且Au-Ir/C催化剂对氧还原的电催化活性远远大于Au/CIr/C催化剂，其原因归结于Au和lr对氧催化的协同作用。Jia等利用乙二醇溶胶法制备四种不原子比(Au：P=50:0，49:1，48:2，47:3)的AuP/C催化剂，四者在0+0.5mol/LH.S0.溶液中的线性伏安曲线结果表明：49:1AuPl/C,48:2AuP/C,47:3.AuP/C的氧起始还原电位分别比纯Au/C的正移200、300,440mV，且三者的电流密度较 Au/C的相比分别改变了-19%，31.8%，106.3%。这说明了随着
186化崔界2016年2月
P比例的增加，催化活性提高。且有无甲酸的线性扫描伏安曲线表明：49:1Au-P/C，48:2Au-Pl/C表现出很好的抗甲酸能力。 Jia等利用四氢呋喃络合还原法制备Au/C,Ru/C、Au-Ru/C催化剂，结果表明：三者氧起始还原电位分别为110,310.430mV，说明Au-Ru/C良好的催化活性，且有无甲酸的线性扫描伏安曲线表明：Au-Ru/C对甲酸没有催化活性，具有良好的抗甲酸能力。 1.3碳载金属大环化合物催化剂
PIAu具有高的催化活性和化学稳定性是较好的氧还原催化剂，但其昂贵的价格，只好对其“忍痛割爱”。过渡金属大环络合物如热解氰铁、四甲基苯吓啉钴等具有较好的催化活性。 Ma等制备了Au/C,FeTPP/C,FeTPP-Au/C催化剂，三者在O+ 0.5mol/LH,S0.溶液中的线性伏安曲线结果表明：三者的氧起始电位分别为180，560,630mV，极限电流密度为1.65，1.78 5.5mA/cm。说明FeTPP-Au/C的催化活性良好，且有无甲酸的线性扫描伏安曲线表明：FeTPP-Au/C对甲酸没有催化活性，具有良好的抗甲酸能力。这也是DFAFC阴极催化剂今后的研究
趋势之一。 2展望
2.1碳化钨及其复合物催化剂
P/C催化剂不仅具有氢氧化活性，而且具有良好的氧还原活性，这可能归功于其存在d轨道空穴。Levy等人报道碳化钨具有类P的催化性能后，过渡金属碳化物开始受到热挥，主要有碳化钨和碳化钼。Nakamura等将不同碳载体的Mo,C用于燃料电池阴极时发现，16%Mo:C/CNT(碳纳米管)为催化剂的单电池电压，是普通pt/C催化剂的一半。许多研究表明碳化钨的表面电子结构与P类似，其表面性质和催化活性类似于P等贵金属，催化性能优良，被称为"准铂金催化剂”，同时碳化钨及其复合物导电性良好，不受任何液度的CO和10*质量浓度的H,S中毒，具有独特的化学稳定性和良好的抗CO性。Mclntyre等研究了不同制备方法对WC抗CO性能的影响，结果表明：CO对 WC催化剂的毒化作用非常小，因此，碳化钨及其复合物有望
代替Pt作为DFAFC燃料电池的阴极催化剂。 2.2过渡金属氧化物及其复合物催化剂
过渡金属氧化物与过渡金属都可作为氧还原反应催化剂，前者丰富的来源，低廉的价格，更突出的是其耐热、抗毒性强，被广泛的应用于各种电池体系。如具有较高的阴极（正极）电势、较高的平均氧化态及比表面积的MnO2。Deng等阐述了如 MnO2、TiO:用作燃料电池阴极催化剂的优点及其作用机理。