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燃料电池阴极氧还原非铂类催化剂研究进展汇报人：2024-01-25

CATALOGUE目录引言非铂类催化剂类型及特点非铂类催化剂制备方法与技术非铂类催化剂性能评价方法非铂类催化剂在燃料电池中应用与挑战总结与展望

01引言

03根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性、质子交换膜、固体氧化物等多种类型。01燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高效、环保、可持续等优点。02燃料电池的工作原理涉及阳极的燃料氧化和阴极的氧还原两个半反应。燃料电池概述

010203阴极氧还原反应是燃料电池中的关键半反应，直接影响电池的性能和效率。氧还原反应涉及多步电子转移过程，动力学缓慢，需要高效催化剂加速反应进行。阴极催化剂的性能和稳定性是制约燃料电池商业化应用的重要因素。阴极氧还原反应重要性

铂是目前最常用的阴极催化剂，但价格昂贵、资源稀缺，限制了燃料电池的广泛应用。非铂类催化剂的研究旨在寻找低成本、高性能的替代品，降低燃料电池的成本。非铂类催化剂的研究有助于推动燃料电池技术的可持续发展和商业化应用。非铂类催化剂研究意义

02非铂类催化剂类型及特点

锰氧化物具有高催化活性和稳定性，成本低廉，是理想的非铂类催化剂候选材料。钴氧化物在碱性介质中表现出优异的氧还原催化性能，具有较高的起始电位和半波电位。铁氧化物具有良好的导电性和催化活性，可通过掺杂其他元素进一步提高性能。过渡金属氧化物催化剂

具有优异的导电性、大比表面积和良好的化学稳定性，可作为高效的氧还原催化剂载体。石墨烯独特的管状结构和优异的导电性能使其成为潜在的氧还原催化剂。碳纳米管具有高的比表面积和孔容，有利于活性组分的分散和提高催化活性。介孔碳碳基材料催化剂

在酸性介质中表现出良好的氧还原催化性能，具有较高的催化活性和稳定性。硫化钴可通过控制合成条件制备出不同形貌和结构的硫化铁催化剂，以满足不同应用需求。硫化铁在碱性介质中具有优异的氧还原催化性能，且成本较低。硫化镍过渡金属硫化物催化剂

金属有机骨架（MOFs）具有高度可调的孔径和结构，可作为氧还原催化剂的载体或活性组分。共价有机骨架（COFs）具有有序的孔结构和良好的化学稳定性，可作为新型非铂类催化剂。单原子催化剂通过精确控制单个金属原子在载体上的分散度，可实现高效、稳定的氧还原催化性能。其他类型非铂类催化剂030201

03非铂类催化剂制备方法与技术

共沉淀法利用共沉淀技术制备催化剂，可实现催化剂组成和结构的精确控制。水热/溶剂热法在水热或溶剂热条件下合成催化剂，有利于形成具有特定形貌和结构的催化剂。溶胶-凝胶法通过溶胶-凝胶过程合成催化剂，具有制备过程简单、催化剂活性高等优点。化学合成法

球磨法通过球磨技术将原料粉碎并混合均匀，制备出具有高活性的催化剂。溅射法利用溅射技术将催化剂材料沉积在基底上，形成薄膜或纳米结构。离子交换法利用离子交换原理，将催化剂活性组分负载在载体上，提高催化剂性能。物理法

123利用微生物发酵技术合成催化剂，具有环保、可持续等优点。微生物发酵法利用酶的催化作用，合成具有特定结构和性能的催化剂。酶催化法以生物大分子为模板，合成具有特定形貌和结构的催化剂。生物模板法生物法

结合化学合成和物理技术，制备出具有优异性能的复合催化剂。化学-物理复合法将化学合成与生物技术相结合，合成出高效、环保的复合催化剂。化学-生物复合法综合物理技术和生物技术优势，制备出高性能的复合催化剂。物理-生物复合法复合法

04非铂类催化剂性能评价方法

线性扫描伏安法（LSV）在恒定电位下，测量催化剂对氧还原反应的电流响应，用于评估催化剂的氧还原活性。计时电流法（CA）在恒定电位下，测量催化剂在一段时间内的电流变化，以评估其稳定性和耐久性。循环伏安法（CV）通过测量催化剂在不同电位下的电流响应，评估其电化学活性面积和氧化还原反应活性。电化学性能测试

通过模拟燃料电池实际工作条件，如高温、高湿、高电位等，加速催化剂老化过程，评估其稳定性。在燃料电池实际工作条件下，长时间运行催化剂，观察其性能变化，以评估其长期稳定性。稳定性测试长期稳定性测试加速老化测试

循环耐久性测试通过多次循环伏安扫描或线性扫描伏安测试，观察催化剂性能的变化，以评估其循环耐久性。恒电位耐久性测试在恒定电位下长时间运行催化剂，观察其电流响应的变化，以评估其恒电位耐久性。耐久性测试

一氧化碳中毒测试在含有一定浓度一氧化碳的气氛中运行催化剂，观察其性能变化，以评估其对一氧化碳的耐受性。硫化物中毒测试在含有一定浓度硫化物的气氛中运行催化剂，观察其性能变化，以评估其对硫化物的耐受性。其他有毒物质中毒测试针对其他可能对催化剂产生毒性的物质进行测试，如甲醇、甲酸等，以评估催化剂的抗干扰能力和稳定性。中毒效应测试

05非铂类催化剂在燃料电池中应用与挑战

一些非铂类催化剂，如过渡金属氧化物、氮