金属氧化物-氢电池

金属氧化物-氢电池是以金属氧化物和氢为燃料，通过化学反应产生电能的电池。

研究背景低温燃料电池具有比能量高、工作温度低、环境友好等优点，是一种颇具发展前景的便携式电源。但由于传统的Pt /C 催化剂制造成本高，且电化学稳定性较低，影响了燃料电池的商业化进程。而金属氧化物在燃料电池工作环境下具有较高的电化学稳定性，同时与催化剂金属之间存在强烈的相互作用，能够改变氧气或燃料在催化剂金属表面上的吸附性质，从而改善催化剂的活性。1

最新成果近几年来有关金属氧化物作为燃料电池助催化剂或者载体的研究逐渐增多。金属氧化物一方面可以提高催化剂金属的催化活性，降低燃料电池的成本，另一方面也可以提高催化剂的电化学稳定性，延长燃料电池的使用寿命。金属氧化物中的金属元素处于高氧化态，很难进一步失去电子被氧化，作为助催化剂或者载体时能够提高催化剂体系的稳定性。而且这些金属氧化物与催化剂金属之间存在强烈的相互作用，修饰了催化剂金属的电子结构，改变反应物分子在其表面的吸附性质，提高了催化剂的活性。因此，近年来一些金属氧化物作为助催化剂或载体用于氧还原、甲醇、乙醇及甲酸等有机小分子氧化的催化剂得到大量研究。

相关氧化物目前，各种金属氧化物助催化剂的应用较多，在此总结金属氧化物的助催化机理:

( 1 ) 传统的Pt /C 催化剂中，碳原子中的π 电子与Pt 原子中的d 电子之间的相互作用较弱，在电极反应过程中，Pt 表面活性位点很容易形成较强的Pt—O 或者Pt—OH键，或者被毒性中间产物COads等毒化，阻止了反应物分子进一步到达Pt 的表面活性位点。添加合适的金属氧化物后，金属氧化物表面的含氧官能团能够排斥吸附在Pt 表面的含氧粒子如OH，或者氧化毒性中间产物CO，重新释放Pt 的表面活性位点，降低活性位点上电子转移所需的活化能，即发挥协同效应。

( 2) 金属氧化物和Pt 的界面位置上发生了电荷的重新分布。金属氧化物特殊的电子结构能够和Pt 的d 轨道之间发生电子偏移或者转移( 发生相互作用) ，以平衡金属氧化物和Pt原子的表面功函。这种相互作用改变了Pt 催化剂的形貌、分散性、表面功函及d 电子的分布，d 带中心的位置相对于费米能级也发生了移动，从而影响氧气或者阳极燃料在Pt 活性表面位点的吸附强度，提高Pt 表面上每一个活性位点的固有催化活性，降低了催化剂中贵金属Pt 的使用量和燃料电池的成本。2

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学