氢燃料电池高效抗毒化Pt基电催化剂研究进展

张诗琦1,2, 杨虎1, 姬峰3, 高少杰3, 甘雨朋3, 周罗增3, 丁津津1, 李晗1, 邓呈维3, 马骏4, 葛明1,袁小磊1 （1. 南通大学化学化工学院；2. 南通大学机械工程学院；3. 上海空间电源研究所, 空间电源技术国家重点实验室；4. 南通南京大学材料工程技术研究院, 南通市新型储能材料重点实验室）

摘要：随着全球化石能源逐渐枯竭和温室效应加剧, 人们赖以生存的自然环境遭到了严重破坏, 如何开发新能源或高效的能源转换装置已经成为当前的研究热点. 质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为高效的能源转换装置可以通过电化学反应将氢气(H2)中储存的化学能直接转化为电能, 具有零排放、零污染、转化效率高等优点, 其商业化发展能够有效地缓解当前的能源与环境危机. 由于工作温度差异, PEMFCs分为低温质子交换膜燃料电池(LTPEMFCs)和高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs). 贵金属铂(Pt)是PEMFCs中最常用的催化剂材料之一, 然而Pt的抗毒化能力相对较弱, 导致其催化剂稳定性较差. 此外, Pt的低利用率、高成本, 进一步限制了其大规模商业化应用. PEMFCs燃料中存在微量的杂质气体(尤其是一氧化碳(CO)), CO在反应过程中会吸附在催化剂表面而不容易去除, 导致Pt催化剂表面活性位点被毒化. 除了CO的毒化作用, HT-PEMFCs催化层界面由于磷酸(PA)的随机分布也会引起Pt催化剂的毒化问题, 进一步导致催化剂的活性降低. 因此, 开发高效抗毒化Pt基催化剂并探究其抗毒化机制是推动PEMFCs发展的关键. 本文系统地阐述了PEMFCs中Pt基催化剂的毒化问题, 重点讨论Pt基催化剂的设计、合成及其抗毒化机制; 最后, 对PEMFCs中Pt基催化剂的发展与挑战进行探讨和展望.

关键词：质子交换膜燃料电池, 催化层, Pt基催化剂, CO毒化, 磷酸毒化