- 文献综述（或调研报告）：
纳米多孔氧还原催化剂的制备
王悰粟
（东南大学材料科学与工程学院，南京，211189）
摘要：燃料电池是将化学能直接转换为电能的装置，具有环保，转换效率高等特点。现在已经有了一定规模的商业应用，但阴极氧还原反应缓慢，稳定性差是限制大规模推广的关键因素。现有的氧还原反应催化剂的活性和耐久性都不能满足需求，同时原料成本的高昂占据了总体成本的极大部分。本文着重介绍了氧还原反应和纳米多孔材料，同时也简单介绍了当下比较突出的成果。
Abstract: Fuel cells are the equipment that transform chemical energy directly to electric energy. The feature of environmental friendly as well as high convert efficiency promotes its development. However, due to the sluggish and unstable cathode reaction, there is barriers of large-scale application. Existent ORR catalyzersrsquo; activity and durability donrsquo;t meet current standards. At the same time, the raw materials take more than half part of total cost. This paper mainly concentrates on the ORR and NPs，with some outstanding results.
关键词：纳米多孔金属；氧还原；共沉积；脱合金
- 引言
在能源需求不断增长的今天，化石燃料仍然占据了极大部分。然而，在化石燃料逐渐消耗殆尽的同时，排放出的CO2也带来了如温室效应的一系列环境问题。因此，减少化石燃料的使用，开发清洁、可再生的能源，在当下受到了广泛关注。燃料电池作为一种新能源技术，受到了广泛关注。其不受卡诺循环影响，能够实现化学能向电能直接转换，在理论上可以达到100%的运行效 率。目前受技术和装置耗能等因素的影响，效率一般只能达到45~60%。同时因为造价高昂[1]，技术链不成熟，目标市场不明确等因素未能大规模推广到商用。所以，提升功率密度和稳定性，同时降低制造成本 ，是燃料电池技术亟需解决的问题。
现在已开发出多种燃料电池技术，包括碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等。而质子交换膜燃料电池由于其特有的高能量密度，低运行温度，和低环境危害等优点，已经在电子器件、交通车辆等领域取得了一定成果。[2, 3]
质子交换膜燃料电池的基本原理是燃料（如氢气）在阳极被氧化，而氧气在阴极被还原，就这样将氢气中的化学能转换成了电能。在这样的装置中，燃料可以是氢气，甲烷或者乙醇；而高电负性的氧气则被选取接受燃料中的电子。总体来说，在燃料氧化反应和氧气还原反应（ORR）之间，电流驱动电器同时质子从阳极通过质子交换膜向阴极迁移，同时电流流过电路。[4]
尽管质子交换膜燃料电池有诸多优势，但其仍然存在一些不可忽视的缺陷限制了大规模商业化应用。阴极氧还原反应（ORR）相较阳极氢气氧化反应（HOR）反应迟缓约六个数量级，因而几乎所有实验都在关注提升阴极催化性能。[5]由于燃料氧化和ORR都需要催化剂来降低其电化学过电位，以获得较高输出电压。铂（Pt）由于其优异的催化能力是催化剂的广泛选择，但铂是贵金属，而工业化ORR铂制造的纳米颗粒（NPs）催化剂占去了过半成本。同时，铂的纳米颗粒在使用中容易流失，因而降低活性，所以开发廉价且稳定的催化剂受到了很大重视。[1]
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