钯基催化剂应用于甲酸电氧化反应的研究进展

陈少峰，侯兰凤，廖世军

（1.茂名职业技术学院化学工程系，广东茂名525000；2.华南理工大学化学与化工学院）

当前， 人类社会所依赖的化石能源是不可再生能源，但是化石燃料采量降低、储量减少和日益严重的环境污染等问题正阻碍社会经济的发展。 改变传统能源的利用方式、 开发新型能源和高效合理利用新能源是解决环境问题和发展问题的有效途径。 直接甲酸燃料电池（DFAFC）具有无毒、不易燃烧、较高的理论电位、对质子交换膜的渗透率低等优点［1-3］。20 世纪60 年代，甲酸（FA）在铂电极的电催化氧化得到报道［4］，之后 S.Ha 等［5］首次报道了纯钯（Pd）作为甲酸电氧化阳极催化剂，C.Rice 等［6］研究了 Pt、Pd和PtPd 催化剂对甲酸氧化的电催化性能， 发现Pd的存在可提高对甲酸的氧化性能， 并且甲酸在氧化过程中主要是通过直接途径进行。

近年来设计甲酸氧化的Pd 基催化剂策略，主要是提高催化活性、降低Pd 金属含量、提高稳定性。科研工作者向Pd 催化剂中加入其他元素，形成合金型Pd 基催化剂；控制Pd 纳米材料的结构、尺寸和形貌，以及Pd 催化剂的不同碳载体。 本文从Pd 基合金型催化剂、Pd 基催化剂的形貌控制、Pd 催化剂的碳负载等方面， 综述了近5 a 来甲酸燃料电池阳极Pd 催化剂的研究进展， 以期对甲酸催化氧化的Pd 基催化剂持续开发有所启发。

1 甲酸的电催化氧化机理

目前公认的DFAFC 电催化氧化机理， 认为HCOOH 在金属表面上电催化氧化为二氧化碳（CO2）的过程是通过“双路径机理”进行的，即直接途径（脱氢）：甲酸直接脱氢生成 CO2［式（1）］，Pd 催化剂在甲酸氧化中主要通过该途径， 可减轻催化剂中毒现象；……