Page 11 - 《精细化工》2023年第2期

第 40 卷第 2 期 精 细 化 工 Vol.40, No.2
20 23 年 2 月 FINE CHEMICALS Feb. 2023

综论
燃料电池中铁基氧还原催化剂的研究进展

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李红伟，雷福红，李忠英，李贵贤，赵 鹬
（兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 730050）

摘要：阴极氧还原反应是燃料电池的核心反应之一。目前，用于氧还原反应的催化剂通常是铂基催化剂，普遍
存在成本高、对甲醇耐受性差、易 CO 中毒等缺点，因此，开展非贵金属催化剂的研究显得尤为重要。铁基催
化剂因催化活性好、稳定性高、甲醇耐受性好、价格低廉等而备受青睐，最有希望成为铂基催化剂的替代品。
该文主要综述了铁基氧还原催化剂，包括含铁化合物催化剂、铁单原子催化剂、铁基合金催化剂、铁基复合物
催化剂及其他铁基催化剂的研究现状、催化机理及活性影响因素，并在此基础上阐述了各类催化剂尚待解决的
问题和发展方向。
关键词：铁基催化剂；燃料电池；电化学性能；氧还原反应
中图分类号：TM911.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 02-0233-11

Research progress of iron-based oxygen reduction catalysts in fuel cells

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LI Hongwei, LEI Fuhong, LI Zhongying, LI Guixian, ZHAO Yu
（College of Petroleum and Chemical Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, China）

Abstract: At present, platinum based catalysts are the most commonly used for the cathode oxygen reduction
reaction, one of the core reactions in fuel cells. However, the shortcomings of the platinum based catalysts,
such as high cost, poor tolerance to methanol and easy carbon monoxide poisoning, seriously limit its
large-scale applications, which makes development of non-platinum-based catalysts essential. Iron-based
catalysts are considered the most promising alternatives to platinum-based catalysts due to their excellent
catalytic activity, high stability, good methanol tolerance, and low price. In this review, the research status,
catalytic mechanism, and activity influencing factors of different iron-based oxygen reduction catalysts
were discussed. In the end, the existing problems and future development directions of various catalysts
were proposed.
Key words: iron-based catalysts; fuel cells; electrochemical performances; oxygen reduction reaction

[1]
燃料电池由阳极、阴极和电解质组成 ，通常 化剂来促进 ORR 的发生，进而保障燃料电池的高效
将涂覆催化剂的多孔、导电材料作为阴、阳极电极。 运转。目前，催化 ORR 反应的催化剂通常是铂基催
阳极输入氢气、天然气、甲醇等燃料发生失电子的 化剂，但其成本高、对甲醇耐受性差及易 CO 中毒
氧化反应，阴极通入双氧水、空气或纯氧等氧化剂 等缺点阻碍其发展应用。因此，开发低成本、高活
发生得电子的还原反应。燃料电池是一种能源转换 性、使用寿命长、综合性价比优的氧还原催化剂成
装置，它可以将燃料和氧化剂的化学能转换成电能， 为燃料电池的研究热点 [3-5] 。铁基催化剂因来源广、
其具有能量转换效率高、比能量高、清洁无污染等 成本低、稳定性好而备受青睐。近年来，对铁基催
优点，堪称继水力发电、火力发电、核电之后的第 化剂的研究有了很大进展。本文首先介绍了氧还原
[2]
四大发电系统 。阴极氧还原反应（ORR）动力学 反应机理，然后从含铁化合物催化剂、铁单原子催
过程缓慢，严重影响燃料电池的性能，需要使用催 化剂、铁基合金催化剂、铁基复合物催化剂及其他

收稿日期：2022-06-19; 定用日期：2022-09-05; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220568
基金项目：国家自然科学基金项目（21763016）；甘肃省高等学校产业支撑计划项目（2020C-06）
作者简介：李红伟（1988—），男，副教授，E-mail：lhwzqy@163.com。联系人：赵 鹬（1981—），男，副教授，E-mail：yzhao@
lut.edu.cn。