文档介绍：直接甲酸燃料电池Pd阳极催化剂及其电催化稳定性
    李焕芝1,沈娟章1,杨改秀2,唐亚文1,陆天虹1,3
    ( 1. 江苏省新型动力电池重点实验室,南京师范大学化学与材料科学学院,南京 210097;2. 中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室,广州 510640;3. 中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022)
    摘要 直接甲酸燃料电池( DFAFC) 中 Pd 阳极催化剂对甲酸氧化具有很好的电催化活性,但电催化稳定性较差,因此,对 Pd 催化剂电催化活性和稳定性的影响原因和机理的研究已经成为 DFAFC 阳极催化剂的研究重点,本文综述了 DFAFC 中 Pd 催化剂和 Pd 基复合催化剂的研究和发展概况. 主要介绍了 Pd 催化剂的优缺点、稳定性及提高稳定性的方法和机理等,为 Pd 催化剂和 Pd 基复合催化剂的实际应用奠定基础.
    关键词 直接甲酸燃料电池; 甲酸氧化; Pd 催化剂; 电催化性能
    中图分类号 O646   文献标识码 A   文章编号 0251-0790(2011)07-1445-06
    以氢为燃料的质子交换膜燃料电池( PEMFC) 由于价格高、无合适氢源及在 0 ℃以下 Nafion 膜结冰等问题,至今还未能商业化[1,2]. 直接甲醇燃料电池( DMFC) 具有燃料储运和使用方便、体积小和比能量高等优点,但甲醇有毒、易挥发、高易燃且易透过 Nafion 膜而引起电池性能下降[3,4]. 近年来的研究发现,甲酸是一种较好的甲醇替代燃料,直接甲酸燃料电池( DFAFC) 具有很多优点[5 ~9],如甲酸无毒、不易燃等. 由于 Nafion 膜中磺酸基团与甲酸阴离子间有排斥作用,因此,甲酸对 Nafion 膜的渗透率比甲醇低很多,DFAFC 已成为燃料电池的研究热点. 由于 DMFC 中的阳极催化剂主要是 Pt 基催化剂,因此在开始研究 DFAFC 阳极催化剂时,也主要使用 Pt 和 Pt 基催化剂[6,10 ~14]. 1973 年 Parsons等[15]研究了 Pd 催化剂对甲酸氧化的电催化性能,Masel 研究组[16,17]比较了 Pt,Pd 和 PtPd 催化剂对甲酸氧化的电催化性能发现,甲酸在 Pd 催化剂上的氧化主要通过直接途径进行[13],Pd 催化剂对甲酸氧化的电催化活性比 Pt 催化剂好得多[18 ~22],因此 Pd 和 Pd 基复合催化剂越来越受到重视. 本文主要介绍了 DFAFC 中 Pd 催化剂和 Pd 基复合催化剂的发展概况、存在问题及发展前景.
    1 Pd 催化剂
    1. 1 无载体 Pd 催化剂
    Parsons 等[15]研究发现,甲酸在 Pd 催化剂上的氧化通过直接途径进行. Ha 等[7,23]首次报道了用Pd 黑阳极催化剂制备 DFAFC,它的性能接近于以氢为燃料的 PEMFC. Pd 粒子的粒径、形貌和晶面对Pd 催化剂的性能有较大的影响. 例如,Yashio 等[24]研究发现,Pd 粒子的粒径约为 3 nm 时,Pd 催化剂的电催化活性最好. 但文献[25]报道,Pd 粒子的粒径在 9 ~ 11 nm 时的电催化活性最好. Kolb[26]和Hoshi 等[22,27