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·1262· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

有耐酸腐蚀的贵金属可供选用。采用碱性电解质时， 们还考察了电解质和葡萄糖的浓度对催化剂活性的
催化剂的选择不受贵金属的限制,且多数催化剂金 影响，观察到电解质和葡萄糖浓度的增加可以提高
属材料的耐腐蚀性更好。在碱性燃料电池中，燃料 葡萄糖电氧化的速率。在碱性介质中，PdAuSn/C
在阳极失去电子，发生氧化反应；空气或者氧气在 〔n(Pd)∶n(Au)∶n(Sn)=50∶40∶10〕比 PdAu/C 和
阴极会得到电子产生氢氧根离子，发生还原反应。 PdSn/C 显示出对甘油电氧化更佳的催化活性，表
电子通过外电路从阳极流向阴极，氢氧根离子通过 明 Au 和 Sn 一起加入才能更好地提高催化剂的活
[4]
燃料电池内部从阴极流向阳极，电子的流动方向和 性 。
阴离子的流动方向一致形成一个闭合回路。与酸性
介质相比，在碱性介质中电流密度更大，燃料的渗 表 1 不同电极在 0.5 mol/L KOH、25 ℃、20 mV/s 条件
[3]
下的电催化动力学参数
透率更低。由于在碱性燃料电池中阳极催化剂易被
Table 1 Electrocatalytic kinetic parameters of different
燃料发生氧化反应产生的中间产物，如 CO 等毒 electrodes in 0.5 mol/L KOH, at 25 ℃, 20 mV/s
化，因此要寻求催化活性高、稳定性好的催化剂。
Pd 负载量/ 2
有研究采用改良的多元醇制备出不同形态的 Pd 催 （μg/cm ） EASA/（m /g） Pd 利用率/%
2
化剂〔纳米多面体（NP）、纳米棒（NB）和纳米颗粒 Pd/C 72.0 10.3 2.3
（NR）〕，使 Pd 催化剂表现出更好的稳定性和催化 PdSn/C 41.0 22.8 5.0
[1]
活性 。 Pd 3Sn 2/C 34.0 28.8 6.4
近年来，人们研究较多的是通过掺杂 1 种或 2
[5]
种金属、金属氧化物或非金属制备的合金催化剂或 Wang 等在真实的碱性聚合物电解质燃料电池
探索不同催化剂的制备方法来提高催化剂在碱性介 （APEFC）中比较了 Pt/C 和 PtRu/C 2 种阳极催化剂，
质中的电催化性能。作为既要负载有效催化组分又 PtRu/C 在碱性介质中以大于 Pt/C 两倍的速率催化氢
氧化反应（HOR）。使用 PtRu/C 作为阳极催化剂的
要与导电基体相连接的中间物，载体的作用非常重
2
要，其有利于提高催化剂的比表面积、改善催化剂 APEFC 的峰值功率密度在 60 ℃下达到 1.0 W/cm ，
与现有质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电池性能
活性组分分散度。因此，通过制备高比表面积、稳
相当，高于使用 Pt/C 作为阳极催化剂时的峰值功率
定性好、导电性优良的催化剂载体也可以提高催化
[2]
剂的电催化性能 。本文主要从合金催化剂和载体 密度。Ru 的引入为减弱 Pt-氢中间体（H ad ）相互作
用提供了电子效应，其有益于 H ad 的氧化解吸，是
两方面对碱性燃料电池阳极催化剂的研究进行了
碱性介质中 HOR 的速率决定步骤。Ru 对 Pd 的催化
总结。
[6]
也有促进作用，赵博琪 等采用乙二醇还原法将 Pd
1 合金催化剂 和 Ru 负载在多壁碳纳米管（MWCNT）上，制备出
碱性直接甲醇燃料电池 PdRu/MWCNT 阳极催化剂，
在碱性燃料电池中，通过掺杂 1 种或 2 种金属、 在碱性溶液中表现出对甲醇电氧化反应较高的催化
金属氧化物或非金属制备合金催化剂，以发挥不同 活性和较好的抗中毒能力。Ru 的加入不仅改善了
元素的协同作用，提高金属的利用率和燃料电池阳 Pd 纳米粒子在碳载体表面的分散性，而且在 Ru 的
极催化剂的电催化活性、稳定性；通过改变合金催 作用下，Pd 的氧化态也有所升高。
化剂的制备方法，可提高载体上催化剂的负载量和 Pd 基催化剂中掺杂 Ni 可以增加 Pd 活性位点，
分散程度。 提高整体乙醇氧化动力学。Zhang 等用基于溶液相
[7]
1.1 掺杂金属的合金催化剂 的纳米胶囊方法制备了具有小平均直径（ 2.4~
[3]
Brouzgou 等通过改进的脉冲微波辅助多元醇 3.2 nm）、窄尺寸分布（1~6 nm）和大电化学比表面
法合成了 PdSn/C、Pd 3 Sn 2 /C 和 Pd/C 3 种催化剂，考 积的 Pd x Ni y /C（x∶y 是 Pd 与 Ni 的物质的量比,包括
察了其在碱性介质中葡萄糖电氧化的反应，并通过 Pd 4 Ni 1 /C、Pd 2 Ni 1 /C、Pd 4 Ni 5 /C 和 Pd 2 Ni 3 /C）催化剂，
X 射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、循 在碱性电解质中表现出比 Pd/C 对乙醇氧化反应
环伏安（CV）和计时电流法（CA）表征了所制备 （EOR）更高的反应活性和更好的抗毒化能力。纳
催化剂的电催化性能。如表 1 所示，3 种催化剂中 米胶囊方法不仅能够更好地控制 Pd-Ni 颗粒的直径
Pd 3 Sn 2 /C 的 Pd 负载量最低、利用率最高，其电化学 和尺寸分布，而且还有助于使催化剂表面的 Pd 和
活性表面积（EASA）也最大。对于葡萄糖电氧化， Ni 之间形成更有效地接触，这是改善 EOR 活性的
[8]
电催化 活性 最高的是 Pd 3 Sn 2 /C ， 在室温 下为 关键。赵世怀 等以预处理的活性炭为载体、二氧
2
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3.64 mA/cm ，温度增至 40 ℃时为 5.70 mA/cm 。他 化铈为修饰剂、NaBH 4 为还原剂，用浸渍共还原法