崔 岩
哈尔滨工业大学化工与化学学院
摘要(Abstract)：
质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效、清洁、零排放的新能源转换装置，在交通运输、分布式发电、便携式电子设备等领域具有广阔的应用前景，是缓解能源危机和环境污染的重要技术路径之一。阴极氧还原反应（ORR）作为PEMFC的核心反应，其反应动力学缓慢，需要高效的催化剂来降低反应能垒、加速反应进程。目前，商业PEMFC阴极主要采用铂（Pt）基催化剂，但其存在资源稀缺、成本高昂、稳定性不足以及抗中毒能力差等固有缺陷，严重制约了PEMFC的规模化商业化应用。因此，开发高性能、低成本、长寿命的阴极非铂催化剂，成为当前PEMFC领域的研究热点和核心突破方向。本文系统综述了质子交换膜燃料电池阴极非铂催化剂的设计原理、合成方法、性能表征与评价、应用现状及未来展望。首先，阐述了PEMFC的工作原理、应用领域及发展前景，强调了阴极催化剂在PEMFC中的关键作用，深入分析了铂基催化剂的局限性及开发非铂催化剂的必要性；其次，总结了阴极非铂催化剂的设计原理，包括氧还原反应的基本机理、活性位点的设计策略以及稳定性提升方法；随后，详细介绍了化学合成法、电化学沉积法及其他新型合成方法在非铂催化剂制备中的应用，分析了各类方法的优缺点及适用范围；再者，系统阐述了物理表征（结构表征、表面性质表征）和电化学性能评价（ORR活性测试、稳定性测试）的常用技术及评价标准；最后，探讨了非铂催化剂在PEMFC单电池和电池堆中的实际应用情况，展望了其未来发展方向与面临的挑战，并总结了当前非铂催化剂设计与合成领域的主要研究成果及创新点。本文旨在为质子交换膜燃料电池阴极非铂催化剂的后续研究、性能优化及规模化应用提供全面的理论支撑和实践参考，推动PEMFC技术的可持续发展。
关键词(KeyWords)：
质子交换膜燃料电池；阴极催化剂；非铂催化剂；氧还原反应；设计原理；合成方法；性能表征
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