直接乙醇燃料电池催化剂的研究进展 (2012年)

直接乙醇燃料电池（Direct Ethanol Fuel Cells, DEFC）是一种将乙醇氧化反应直接转化为电能的设备，它的核心部件之一是催化剂，主要负责乙醇的电化学氧化反应。根据给定的文件信息，我们可以提炼出以下知识点： 1. DEFC催化剂研究现状：目前，DEFC使用的催化剂主要有Pt（铂）系、Pd（钯）系以及其它金属催化剂。Pt和Pd是贵金属，因其较高的电化学活性而被广泛研究。Pt系催化剂被认为是目前氧化活性最高的催化剂，但其成本昂贵且对CO（一氧化碳）的耐受性较差。Pd系催化剂具有较好的性能，但其催化效率不及Pt。 2. 催化机理：研究显示，DEFC催化剂对乙醇的电化学氧化机理涉及到催化剂表面的吸附、活化、分解及最终产物的生成。乙醇在催化剂表面首先被氧化成乙醛，随后进一步氧化生成CO2等产物。CO是乙醇氧化过程中的重要中间产物，它可能导致催化剂中毒。Pt催化剂能有效吸附并氧化CO，减少中毒问题。 3. 催化剂失效原因：催化剂失效主要受CO中毒、电催化剂的分解、以及电极材料的流失等因素影响。CO中毒是由于CO分子吸附在催化剂表面，阻碍了乙醇的进一步氧化反应。同时，催化剂在长期使用过程中可能会发生化学或电化学分解，导致活性位点减少，催化效率下降。 4. 研究方向和展望：目前，研究者们正在尝试使用不同的方法来提高DEFC催化剂的性能。例如，通过制备合金催化剂以改善其抗中毒能力，或利用纳米技术来制备高分散、小粒径的催化剂颗粒，从而增加催化活性表面积。此外，研究者也在探索开发非贵金属催化剂，以降低成本并提高催化剂的耐久性。 5. 关键技术进展：文献中提到，采用碳纳米管（CNT）和介孔碳（MPC）作为载体，能够提高催化剂的分散性和稳定性，从而增强催化活性。例如，Pt-Co/CNT催化剂和PtSn合金催化剂都是通过在碳材料上分散Pt颗粒来制备，这可以增加Pt与乙醇接触的表面积，同时提供更多的活性位点。 6. 乙醇作为绿色燃料的优点：乙醇作为DEFC的燃料，具有价格低廉、安全无毒、运输方便、挥发性小和理论比能量高的优点。作为可再生资源，乙醇的广泛应用能够减少对化石燃料的依赖，对环境保护具有重要意义。 7. 研究机构与资助信息：文章指出，研究工作由上海电力学院能源与环境工程学院完成，并获得了国家自然科学基金的资助，这表明科研工作得到了政府和学术机构的支持。 总结来说，DEFC催化剂的研究是一个多学科交叉的领域，涉及材料科学、电化学、纳米技术等，它不仅关系到燃料电池技术的发展，也对能源和环境科学具有深远的影响。随着催化剂性能的不断提升和成本的降低，DEFC有望在未来成为一种重要的绿色能源技术。