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第 8 期 赵世怀，等: 碱性燃料电池阳极催化剂的研究进展 ·1265·

的电导率，更小的纳米颗粒尺寸和在载体上更好的 Rostami [35] 等在还原氧化石墨烯（RGO）上负载
分布。这说明 Pd 基电催化剂使用 MWCNT 代替碳 Co 纳米颗粒（Co/RGO），然后用电化学替代反应制
作为载体，并掺杂少量的 Sn，可以改善乙醇氧化反 备出 Pd-Co/RGO 催化剂。Pd-Co/RGO 的起始电位和
应的电催化活性。 峰值电流密度分别比 Pt 催化剂低 160 mV 和 2.5 倍。
邹涛 [31] 等制备的阳极催化剂为多壁碳纳米管 从图 1 可以看出，4 种催化剂中 Pd-Co/RGO 的
（MWCNT）和 β-环糊精修饰的 MWCNT（β-CD- 正向阳极峰值电流密度（I f ）与反向阳极峰值电流密
MWCNT）负载的金属钯、钯锡纳米颗粒 PdSn/ 度（I b ）的比率最高。可以看出，作为催化剂载体
MWCNT 、 Pd/β-CD-MWCNT 和 PdSn/β-CD- 的 RGO 可提高 Pd-Co 的抗中毒能力。此外，
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MWCNT，将其用于以甲酸为燃料，Fe 为氧化剂组 Pd-Co/RGO 催化剂显示出优异的催化活性、高耐久
成的一种新型的甲酸/铁离子燃料电池中，并考察了 性和稳定性。
各催化剂在碱性条件下对甲酸氧化反应的电催化活 2.2 非碳基催化剂载体
性。结果显示，加入适量的金属锡能促进钯对甲酸 为了研究 Pt 纳米颗粒与非碳杂化载体相互作用
的电催化氧化，甲酸氧化电位提前，电流密度增加； 对碱性溶液中乙醇氧化反应的影响，Godoi [36] 等在由
β-环糊精对催化剂电催化活性有一定提升。将上述 CMO x 杂化物（MO x =TiO 2 、ZrO 2 、SnO 2 、CeO 2 、
催化剂制成电池阳极片，碳粉制成电极阴极片，组 MoO 3 和 WO 3 ）负载的相同 Pt 纳米颗粒组成的催化
成甲酸/铁离子燃料电池并测试其放电性能。结果表 剂上进行实验，发现这些材料中的金属-载体相互作
明，电池的开路电压在 0.98~1.20 V；以 PdSn/β- 用促进了影响 EOR 活性的电子性质的变化，认为金
CD-MWCNT 为阳极时，其最大放电电流密度达 属-载体相互作用有利于改善燃料电池性能或减少
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50 mA/cm ，最大功率密度达 12.6 mW/cm ，远优于 阳极 Pt 的负载量。
以 Pd/C 为阳极的电池性能。
2.1.4 石墨烯 3 结束语
石墨烯作为新型碳材料，具有极高的比表面积 碱性燃料电池阳极催化剂在合金材料、载体、
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（2630 m /g），远高于石墨（10 m /g）、Vulcan XC-72 形态结构和催化剂的制备方法等方面的研究取得了
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（254 m /g）和碳纳米管（1300 m /g），在室温下电 一定的进展，它们具有更低的贵金属负载量，更高
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子迁移率可超过 15000 cm /（V·s） [32-33] 。Sun [34] 等
的催化活性和稳定性。对于合金催化剂，选取合适
采用溶胶-凝胶法制备出 5 种不同纳米尺寸的 Pt/磺
物质的量比的金属、金属氧化物或者非金属掺杂到
化石墨烯（Pt/sG）作为碱性直接乙醇燃料电池
主金属催化剂中，掺杂金属或反应中间产物与主催
（ADEFC）阳极催化剂。实验结果显示，CV 测量
化剂之间的相互作用可显著提高催化剂的催化活性
曲线中 Pt-sG 具有最高的峰值电流，Pt-sG 的乙醇氧
和稳定性。碳基催化剂载体活性组分间的相互作用
化活性高于炭黑负载的 Pt 催化剂，表明磺化石墨烯
较差，而且存在腐蚀现象，容易导致催化剂的团聚
在某种程度上可以提高催化剂的催化性能。 而降低燃料电池的性能；非碳基催化剂载体材料与

催化剂之间的相互作用机理有待进一步研究。未来
的碱性燃料电池阳极催化剂的研究可以将催化剂与
载体改性相结合，进一步研究两者之间的相互作用
机理，以寻求更加高效的碱性燃料电池催化剂。

参考文献：

[1] Carrera-Cerritos R, Fuentes-Ramírez R, Cuevas-Muñiz F M, et al.
Performance and stability of Pd nanostructures in an alkaline direct
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图 1 室温下，1.0 mol/L KOH、1.0 mol/L 乙醇溶液中， [2] Wang Xuhong (王旭红), Ma Guanyun (马冠云), Ruan Shidong (阮
世栋), et al. Research progress on carrier of anode catalyst for direct
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50 mV/s [35] palladium based electrocatalysts for alkaline direct glycerol fuel cell