高比表面碳-铂铜合金复合电催化剂用于高性能氧还原反应文献综述

 2021-10-24 15:49:45

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文 献 综 述1.引言当今,环境污染和能源危机问题日益突出,发展新的清洁能源已迫在眉睫。

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能转换成电能的新一代清洁能源转换装置,主要以氢气为燃料,在能量转化过程中避免了化石燃料中硫(S)、氮(N)的排放,以其能量密度高、环境友好而受到广泛关注。

所以,开发燃料电池对解决我国目前所面临的环境污染与能源短缺两大难题具有重大的现实意义。

[1]而在各种类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其操作温度低、功率密度高、启动快、对负载变化响应快、具有零污染和高发电效率等优点,能广泛应用于便携电源、移动电源以及固定发电等领域,是未来最有前景的清洁能源技术之一,因此近年来PEMFC越来越受到人们的重视。

[2]PEMFC以氢气为燃料,以质子交换膜作为电解质,阳极和阴极分别进行氢气氧化反应(HOR)和氧气还原反应(ORR)的燃料电池,目前 PEMFC 技术已趋于成熟。

然而,在阴极上的氧还原反应(ORR)的缓慢速率仍然是PEMFC研究和开发中的主要挑战。

氧的四电子还原反应在酸性水溶液中可表示为:O_2 4H^ 4e^- □(→┴() ) 2H_2 O ,〖(E_NHE^0)〗_298K=1.229V。

[3]铂(Pt)是ORR的最佳单金属电催化剂,在酸中具有高活性和持久性,而其ORR速率比阳极的氢氧化反应慢约5个数量级。

[4]因此阴极需要较高的Pt载量来维持电池的性能,然而,如果要推动燃料电池的商业化,阴极的Pt载量必须大幅降低。

目前, PEMFC电极仍采用Pt/C电催化剂,由于铂资源非常匮乏,寻求新的铂基催化剂,在提高催化剂活性的同时降低Pt的载量具有重要意义。

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