本文關(guān)鍵詞：銅基非貴金屬氧還原電催化劑的研究進(jìn)展（英文）

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【摘要】：面對日益嚴(yán)重的全球能源危機(jī),燃料電池作為一種清潔的能源轉(zhuǎn)換裝置在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注.燃料電池是一種能夠使氫氣、甲醇、甲酸和乙醇等小分子燃料和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng),并將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的新型裝置.在燃料電池中,由于在陰極發(fā)生的氧氣還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率緩慢而使得燃料電池的整體轉(zhuǎn)換效率過低,目前商用的燃料電池一般采用貴金屬鉑作為催化劑來加速其反應(yīng).但由于鉑的價(jià)格高昂且在反應(yīng)過程中易被反應(yīng)中間產(chǎn)物毒化而活性下降,使得燃料電池的整體成本過高,從而阻礙了燃料電池的實(shí)際商業(yè)化.為此,人們嘗試?yán)梅琴F金屬催化劑來替代鉑基催化劑.找到一種廉價(jià)且高效的氧還原催化劑是目前燃料電池發(fā)展急需打破的瓶頸問題之一.近年來,人們發(fā)現(xiàn)鐵、鈷、錳等地表儲(chǔ)量豐富的金屬元素具有較高的氧還原催化活性.然而,作為一種最常見的金屬元素,金屬銅在氧還原催化劑方面研究較少.人們發(fā)現(xiàn)一些生物酶,如蟲漆酶、細(xì)胞色素c氧化酶等能夠高效地催化氧氣還原,如蟲漆酶在催化氧還原過程中僅表現(xiàn)出約20 m V的過電位,與金屬鉑(約200 m V)相比基本可忽略.通過研究這些活性生物酶,人們發(fā)現(xiàn)其活性中心均為含Cu的物質(zhì).進(jìn)一步研究這些生物酶的活性位點(diǎn),然后合成不同的銅基納米材料去模擬酶的活性位點(diǎn),以期望能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效催化氧還原反應(yīng).本文總結(jié)了基于銅的納米材料在催化氧還原方面的研究進(jìn)展,首先介紹了一些氧還原實(shí)驗(yàn)測試中的基本概念,主要包括不同電解質(zhì)條件下氧還原的反應(yīng)機(jī)理以及常用的測試手段和性能評價(jià)指標(biāo).氧還原催化劑的性能應(yīng)該綜合活性、穩(wěn)定性、抗毒化能力以及催化劑成本等多個(gè)方面來評價(jià)與比較.隨后,我們概括性地介紹了銅基氧還原催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀.根據(jù)銅基催化劑的不同類型,我們主要分為三個(gè)部分進(jìn)行介紹:(1)銅的復(fù)合物,這部分主要從模擬蟲漆酶和模擬細(xì)胞色素c氧化酶兩個(gè)方面分類介紹;(2)銅的化合物,這部分主要介紹了不同價(jià)態(tài)的銅的氧化物和銅的硫化物;(3)其它銅基催化劑,這部分主要介紹基于銅的尖晶石結(jié)構(gòu)、有機(jī)框架材料及載體負(fù)載的銅納米粒子作為氧還原催化劑,以及銅作為摻雜元素在提高錳的不同氧化物催化活性中的作用.最后,通過綜合分析銅基氧還原催化劑的發(fā)展歷程以及目前燃料電池的研究進(jìn)展,我們對基于銅的氧還原催化劑的未來發(fā)展方向做了一些展望.繼續(xù)研究、探索酶的氧還原活性位點(diǎn)以及機(jī)理依然是重中之重,只有完全理解了酶的催化機(jī)理,才能夠很好的設(shè)計(jì)并合成材料來對其活性位點(diǎn)進(jìn)行模擬,從而制備出高性能且低成本的銅基氧還原催化劑.希望本文能夠使讀者認(rèn)識(shí)到燃料電池氧還原催化劑的發(fā)展現(xiàn)況,以及銅基氧還原催化劑目前存在的問題及其未來的發(fā)展方向.
【作者單位】： 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所電分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國科學(xué)院大學(xué);
【關(guān)鍵詞】： 銅 非貴金屬 電催化 氧還原反應(yīng) 燃料電池
【基金】：supported by the National Natural Science Foundation of China(21575134,21275136)~~
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【正文快照】： 1.Introduction Fuel cells are increasingly regarded as an effective tool to address global environmental and energy problems[1,2].The first fuel cell that transformed chemical energy into electrical energy was developed in 1839[3].Since then,an abundance

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本文編號(hào)：756824