質(zhì)子交換膜燃料電池陰極過(guò)渡金屬化合物催化劑研究的綜述報(bào)告隨著人們對(duì)清潔能源的需求日益增加，質(zhì)子交換膜燃料電池（protonexchangemembranefuelcell，PEMFC）逐漸成為一個(gè)備受關(guān)注的清潔能源技術(shù)。然而，要使PEMFC實(shí)用化，我們必須解決其不可避免的問(wèn)題之一——陰極催化劑的失活。陰極催化劑是PEMFC中起到關(guān)鍵作用的組件，它能夠催化氧氣還原反應(yīng)（ORR）并轉(zhuǎn)化為水，從而產(chǎn)生電子。然而，這種催化劑存在失活的問(wèn)題，阻礙了PEMFC的實(shí)際應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，近年來(lái)研究人員已經(jīng)開始集中研究質(zhì)子交換膜燃料電池陰極過(guò)渡金屬化合物催化劑，并取得了一些重要的進(jìn)展。下面將對(duì)這方面的研究進(jìn)展做一個(gè)綜述報(bào)告。一、陰極催化劑失活現(xiàn)象理論上，陰極催化劑應(yīng)該能夠在PEMFC的使用壽命期間保持高效。然而，在實(shí)際情況下，陰極催化劑通常會(huì)失活，導(dǎo)致PEMFC的性能下降。陰極催化劑失活通常有三種主要原因：1.碳中毒：隨著燃料電池的使用，陰極催化劑表面會(huì)逐漸形成碳顆粒。這些碳顆粒會(huì)吸附氫離子并阻礙氧氣分子進(jìn)入催化劑表面，從而導(dǎo)致催化劑失活。2.電化學(xué)腐蝕：氧分子在陽(yáng)極產(chǎn)生氧化劑之后，會(huì)在陰極還原成水，同時(shí)釋放出電子。這些電子會(huì)通過(guò)陰極催化劑流動(dòng)，導(dǎo)致催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)并導(dǎo)致腐蝕，從而進(jìn)一步導(dǎo)致催化劑失活。3.晶格氧化：陰極催化劑通常包含一些過(guò)渡金屬，如鉑、鈷或鎳等。這些金屬會(huì)在反應(yīng)中釋放出氧化物，導(dǎo)致催化劑表面氧分子的濃度增加。這將導(dǎo)致催化劑晶格結(jié)構(gòu)的氧化并使催化劑失活。二、陰極催化劑材料為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究者認(rèn)為陰極催化劑應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足以下三個(gè)方面的要求：高效催化ORR、防止催化劑失活、低成本。近年來(lái)，研究者已經(jīng)嘗試?yán)靡恍┖辖鸹衔铩⑦^(guò)渡金屬氧化物、碳基材料等新型納米材料作為陰極催化劑，并在一定程度上得到成功。1.Pt合金化物雖然鉑（Pt）是作為PEMFC陰極催化劑的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”，但Pt的成本使得PEMFC難以商業(yè)化。因此，研究者一直在尋找替代品，其中之一是Pt合金化物。Pt合金化物可以提高催化劑的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，并減輕碳中毒的影響。例如，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Pt-Ni合金能夠減少陰極催化劑的失活，因?yàn)镹i可以與Pt形成Ni-Pt合金，從而防止催化劑的晶格氧化。2.過(guò)渡金屬氧化物過(guò)渡金屬氧化物是一種性能優(yōu)異的陰極催化劑，其成分豐富，價(jià)格低廉，因此具有良好的應(yīng)用前景。例如，鎳氧化物（NiO）已被證明是一種有前途的催化劑，它可以在低溫下催化ORR，并具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。此外，由于NiO表面的缺陷可以提高ORR活性，所以NiO也不會(huì)產(chǎn)生太大的碳中毒問(wèn)題。3.碳基陰極催化劑碳基陰極催化劑是一種非常有前途的替代催化劑，其優(yōu)點(diǎn)包括價(jià)格低廉、容易合成和使用。例如，石墨烯氧化物（GO）因其優(yōu)異的電活性和導(dǎo)電性，以及良好的防止碳中毒和電化學(xué)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是一種有前途的PEMFC陰極催化劑。三、陰極催化劑的改性除了尋找新型材料外，研究者還可以通過(guò)改性現(xiàn)有催化劑來(lái)改善PEMFC的性能。其中，改變催化劑的形態(tài)結(jié)構(gòu)是一種有效的方法之一。1.納米化納米化是一種常見(jiàn)的策略，可以大大改善陰極催化劑的性能。由于納米顆粒的表面積和表面能增加，因此在PEMFC中的催化劑活性可以得到顯著提高。2.復(fù)合改性另一個(gè)較為常見(jiàn)的改性方法是制備復(fù)合催化劑。例如，利用碳基材料作為載體，并在其表面包裹一層Pt-Ni合金，可以增加Pt-Ni的催化活性，并降低碳中毒的影響。此外，將NiO與其他金屬氧化物（如TiO2、Co3O4等）混合使用，可以發(fā)揮不同催化劑在ORR中的優(yōu)勢(shì)。四、未來(lái)展望這些研究成果表明，不斷探索陰極催化劑材料和改性方法是解決PEMF