收稿:2006年10月,收修改稿:2006年12月3国家重点基础研究发展计划(973)项目(No.G20000264)资助33通讯联系人e2mail:gxlu@lzb.ac.cn直接甲醇燃料电池阳极电催化剂唐志诚1,2吕功煊133(11中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室兰州730000;21中国科学院研究生院北京100080)摘要直接甲醇燃料电池作为未来清洁的动力能源,由于具有操作温度低(<100℃)、燃料易储存和运输、能量效率高、污染低和燃料启动快等优点而受到人们广泛的关注。阳极电催化剂是直接甲醇燃料电池最重要的组成部分。本文综述了近3年来直接甲醇燃料电池阳极电催化剂最新的研究进展,主要对催化剂制备方法、新型碳载体材料和催化剂类型作了详细的评述,展望了未来甲醇电催化氧化催化剂的发展,指出了电催化剂面临的问题。关键词阳极电催化剂直接甲醇燃料电池合成方法碳载体纳米粒子中图分类号:O643136;TM91114文献标识码:A文章编号:10052281X(2007)0921301212AnodeElectrocatalystsforDirectMethanolFuelCellsTangZhicheng1,2LüGongxuan133(1.StateKeyLaboratoryforOxoSynthesisandSelectiveOxidation,LanzhouInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China;2.GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China)AbstractDirectmethanolfuelcell(DMFC)hasattractedmuchattentionforthepotentialapplicationsascleanandmobilepowersourcesduetoitsadvantagesoflowoperatingtemperature(<100℃),easytransportationandstorageofthefuel,highenergyefficiencyandlowexhaustion,andthefaststart2upoffuel.Anodeelectrocatalystsarethemaincomponentsofdirectmethanolfuelcell.Theprogressofanodeelectrocatalystsfordirectmethanolfuelcellintherecentthreeyearsisreviewedinthispaper.Thepreparationmethodsofelectrocatalysts,thepreparationandapplicationofthenovelcarbonmaterials,thekindsofelectrocatalystsaredescribedindetail.Thetrendoffutureresearchintheareaofanodeelectrocatalystsissuggested,theexistedproblemsarepointedout.Keywordsanodeelectrocatalysts;directmethanolfuelcells(DMFC);synthesismethods;carbonsupports;nanoparticles1引言醇类燃料电池是以醇为燃料,将化学能直接转化为电能的一种电化学发电装置,能量转化效率高,环境友好,不产生氮氧化物和硫化物,二氧化碳排放量也比较少。由于这些优点,燃料电池的发展受到各国政府和大型企业公司的重视,被视为21世纪首选的洁净、高效的发电技术,也被美国《时代》杂志评为21世纪影响人类生活的“十大科技”之一。直接甲醇燃料电池(DMFC)由于直接使用甲醇为燃料,无需中间重整或转化装置,而且甲醇来源丰富,价格低廉,易储存和运输,使得直接甲醇燃料电池比其他燃料电池更具有吸引力,是目前各国政府优先支持发展的高新技术之一[1—5]。第19卷第9期2007年9月化学进展PROGRESSINCHEMISTRYVol.19No.9Sep.,2007直接甲醇燃料电池的研究始于20世纪50年代,在50年代,研究出了直接甲醇燃料电池的样机,但由于技术上的难题,在70—80年代,对直接甲醇燃料电池的研究较少。90年代,由于质子交换膜的研制成功,为直接甲醇燃料电池的研究提供了有利条件,引发了直接甲醇燃料电池的研究热潮[6—27]。目前国外关于直接甲醇燃料电池研究的著名机构有美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LosAlamosNationalLaboratory,LANL)、加利福尼亚工学院喷气推进实验室(JetPropulsionLaboratory,JPL)、德国西门子公司(Siemens)、英国Newcastle大学和新加坡国立大学等。近年来国内从基础研究到电池组装开展了多方面的研究,在直接甲醇燃料电池方面取得了显著的成绩。直接甲醇燃料电池的电极反应过程如下:阳极:CH3OH+H2O=CO2+6H++6e-E10=01046V阴极:3Π2O2+6H++6e-=3H2OE20=1123V总反应:CH3OH+3Π2O2=CO2+2H2OE=E20-E10=1118V原理上,当阳极电位等于或稍大于01046V时,甲醇氧化反应能自发地进行。同样,当阴极电位等于或稍低于1123V时,氧气还原反应也能自发地进行。一个甲醇分子完全氧化成CO2是一个6电子转化过程。实际上,由于甲醇氧化的过程...
