电化学（中英文）

第24卷第6期封面和目次

2018, 24(6): 0-0.

摘要 ( 481 )

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庆祝衣宝廉院士八十华诞专辑序言

中国化学会电化学委员会

2018, 24(6): 571-571. doi:10.13208/j.electrochem.180872

摘要 ( 797 )

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尊敬的衣宝廉院士：
喜闻先生八十华诞，中国化学会电化学委员会特向您表示最诚挚的祝贺！您自上世纪60 年代起致力于燃料电池研究，至今五十余年，是我国现代燃料电池研究、应用及产业化的主要奠基人. 90 年代带队完成了我国首台千瓦级质子交换膜燃料电池，并在燃料电池催化过程、复合质子交换膜等方面砥砺创新开拓，获得多项国际级的科研成果，奠定了我国质子交换膜燃料电池车用动力系统走向应用的基石；最早创立了燃料电池产业化的高技术公司——新源动力；近年来指导城市客车与轿车用燃料电池系统研发并获得多方面突破；研制的燃料电池发电机已成功应用于北京奥运会和上海世博会运行的燃料电池电动客车与轿车，并在上汽大通V80 上实现了商业化. 作为我国电化学界工程成就卓著的科学家，您对中国电化学的贡献永彪史册！
您不仅勤于耕耘，硕果累累，而且热衷于中国电化学学科的发展. 不仅把自己从事电化学科研的经验总结成著作，还尽可能地参加电化学的各项活动，积极推动电化学各个方面的进步，从争取国家立项论证到电化学界的各种学术会议，您都给予最大程度的支持. 为此，我们以中国化学会电化学委员会的名义，并代表全国电化学同行，对您表示衷心的感谢和崇高的敬意！作为中国工程院院士，您虽然早已功成名就，但却淡泊名利，不忘初衷，依然治学不辍，诲人不倦，成果层出不穷，依然为燃料电池的未来不停地奔波……正可谓“踏遍青山人未老，风光这边独好”. 在此，仅祝您福如东海无疆水，寿比南山不老松，身体康健，万事如意！

水电解析氢低贵/非贵金属催化剂的研究进展

李阳, 罗兆艳, 葛君杰, 刘长鹏, 邢巍

2018, 24(6): 572-588. doi:10.13208/j.electrochem.180855

摘要 ( 1380 )

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氢气作为能量载体的氢能技术由于其清洁性、高能量密度等优势已获得越来越多的青睐与关注. 其中，可持续的产氢技术是未来氢能经济发展的必要先决条件. 通过可再生资源电力驱动的电解水技术是支持氢能经济可持续发展的重要途径，高活性、低成本的析氢催化剂的开发利用是提高水电解技术效率并降低其成本的关键因素. 本文主要介绍了近年来包括低铂催化剂和金属硫化物、金属磷化物、金属硒化物等非铂过渡金属催化剂在析氢方面的研究进展，详细讨论了析氢反应的催化性能、合成方法以及结构?鄄催化性能的关系，最后总结展望了水电解低铂及非铂过渡金属催化剂在未来发展过程中所面临的机遇与挑战.

铂基燃料电池氧还原反应催化剂研究进展

李静，冯欣，魏子栋

2018, 24(6): 589-601. doi:10.13208/j.electrochem.180850

摘要 ( 1323 )

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质子交换膜燃料电池中，空气电极上进行的氧还原反应动力学过程迟缓，是贵金属铂催化剂的主要消耗反应，但铂储量有限、成本过高、稳定性差等缺点严重制约了质子交换膜燃料电池大规模商业化应用. 开发低载量、高催化活性、高稳定铂催化剂是降低燃料电池成本的重要途径之一. 本文以作者课题组近年工作为基础，综述了铂基催化剂的稳定性研究，以及以铂合金为代表的低铂氧还原反应催化剂的最新研究进展. 文章重点讨论了催化剂的结构设计与制备，并对未来氧还原催化剂的发展提出了展望

具特定晶面且大比表面积贵金属纳米晶催化基元的构筑

陈巧丽，李慧齐，蒋亚琪，谢兆雄

2018, 24(6): 602-614. doi:10.13208/j.electrochem.180851

摘要 ( 900 )

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贵金属纳米晶在电催化等领域具有广泛应用. 其催化活性往往与纳米晶体的表面结构直接相关，而催化剂的贵金属原子利用率与比表面积密切相关. 因小尺寸纳米晶难以保留特定的晶面，而具有特定表面的纳米晶通常结晶成尺寸较大、比表面积比较小的晶体，调控纳米晶的尺寸和表面结构两种策略似乎相互矛盾. 如何可控合成同时具有特定表面结构和大比表面积的贵金属纳米晶具有重要的意义. 本综述从形貌调控角度详细介绍提高贵金属纳米晶原子利用率的方法策略；总结调控单贵金属及其合金同时具有特定晶面和大比表面积的研究现状；最后，对纳米晶的形貌调控领域未来的发展趋势提出展望.

燃料电池反应器在化学品与电能共生中应用

郑志林，袁晓姿，尹屹梅，马紫峰

2018, 24(6): 615-627. doi:10.13208/j.electrochem.180857

摘要 ( 1078 )

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燃料电池作为能源转换装置能够高效地将化学能转化为电能，随着技术的发展人们将其作为反应器来完成高附加值的化学品的合成，同时产生一定的电能. 燃料电池反应器因具有反应条件温和、反应过程可控、产物选择性高、能源利用效率高等特点，而被广泛地应用于医药中间体的制备、气体分离、水处理等多个领域. 本文首先按照反应器中阴阳极区域发生反应的类型进行分类，介绍燃料电池反应器在化学品与电能联产中的研究现状和研究进展. 随后描述了燃料电池反应器中存在的问题，并依照催化剂、反应过程等方向对解决方案进行探讨. 最后，对几种新型燃料电池反应器的研究进行了简要的介绍并对其发展做出了展望.

低温质子交换膜燃料电池自增湿膜电极研究进展

池滨, 叶跃坤, 江世杰, 廖世军

2018, 24(6): 628-638. doi:10.13208/j.electrochem.180860

摘要 ( 1732 )

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具有自增湿能力的低温质子交换膜燃料电池膜电极是实现自增湿燃料电池的重要途径，对于燃料电池的商业化具有十分重要的意义，它不仅可以大幅度减小燃料电池系统的体积，提升燃料电池系统的输出功率密度，还可以有效降低燃料电池的制造成本. 目前，低温质子交换膜燃料电池自增湿膜电极的研究主要是集中在构建具有自增湿能力的质子交换膜、自增湿催化层和复合自增湿层三个方面. 本文主要从这三个方面系统介绍近年来国内外低温质子交换膜燃料电池自增湿膜电极方面的研究进展和发展趋势.

静电纺丝制备质子交换膜燃料电池催化剂层综述

刘勇，丁涵，司德春，彭杰，张剑波

2018, 24(6): 639-654. doi:10.13208/j.electrochem.180849

摘要 ( 1086 )

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质子交换膜燃料电池催化剂层在成本、耐久性以及性能上的局限是制约燃料电池汽车商业化的瓶颈. 已有文献证明静电纺丝技术制备的纳米纤维催化剂层能提高催化剂利用率、增加三相界面和三相通道以及提高耐久性. 作者结合所在课题组的工作综述了静电纺丝技术制备质子交换膜燃料电池催化剂层的研究进展. 首先，介绍了质子交换膜燃料电池催化剂层的发展历程，并从制备方式和结构两个方面对其进行分类和总结；接下来，从静电纺丝纳米纤维催化剂层的制备、物理特性表征、电化学性能分析及耐久性表征等方面进行了总结；最后，从三相界面、三相通道以及量产适用性的视点比较了三种结构的催化剂层，介绍了质子交换膜燃料电池催化剂层的发展趋势，并梳理了静电纺丝法制备质子交换膜燃料电池催化剂层领域待研的问题.

质子交换膜燃料电池铂电催化剂稳定策略

何大平，木士春

2018, 24(6): 655-663. doi:10.13208/j.electrochem.180859

摘要 ( 1124 )

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质子交换膜燃料电池使用寿命低是制约其商业化应用的主要瓶颈. 其中，影响质子交换膜燃料电池寿命的一个主要因素是其所广泛使用的贵金属铂基电催化剂在燃料电池苛刻的运行环境下（如可变电压、强酸性、气液两相流等）容易发生降解，导致电催化剂性能衰减，从而降低了质子交换膜燃料电池的使用寿命. 因此，如何保持铂基电催化剂的电化学稳定性已成为质子交换膜燃料电池稳定性研究中的重大科学问题. 本论文基于作者在该领域的长期研究成果，评述了应用于质子交换膜燃料电池的铂电催化剂稳定性的研究进展. 重点关注了能够大幅改善铂催化剂电化学稳定性的策略，包括聚合物稳定策略、多孔碳封装/限域稳定策略以及载体稳定策略，并对这些铂催化剂稳定策略所面临的挑战进行了展望.

低铂膜电极结构优化途径

饶妍，李赏，周芬，田甜，钟青，宛朝辉，谭金婷，潘牧

2018, 24(6): 677-686. doi:10.13208/j.electrochem.180843

摘要 ( 1466 )

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膜电极是质子交换膜燃料电池的核心组件，长期以来，在衣院士的指导下，我国高度重视膜电极技术的开发. 目前，燃料电池的研发和产业化进入了一个新的时代，对膜电极提出来更高的要求，特别是在降低铂载量方面，提出了0.125 mg·W^-1的挑战性指标. 本文从活化极化、欧姆极化和传质极化三个方面分析了低铂载量情况下电池性能下降的原因，提出应重点关注催化剂在燃料电池工作区间（0.6 V ~ 0.8 V)的催化活性，并讨论了用电荷传输阻抗作为催化剂活性指示符的合理性. 从优化潜力来说，传质极化优化>活化极化优化>欧姆极化优化. 催化层结构优化是实现低铂目标的关键，重点是解决离子聚合物（ionomer）传递质子和阻碍气体的矛盾.

电化学阻抗谱在质子交换膜燃料电池动态的先导应用

郭建伟，王建龙

2018, 24(6): 687-696. doi:10.13208/j.electrochem.180854

摘要 ( 1515 )

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通过分析电化学阻抗（EIS）在质子交换膜燃料电池（PEMFC）动态应用，本文指出制约EIS 工具发展的瓶颈问题. EIS 高频电阻确定电池内阻已成普遍方法，但仅在小电流电池可以应用；低频分析因涉及物质传输仍是难点和重点；EIS 改进型Randles 等效电路分析已初步建立，并深入至物质传输-反应、电池操作/衰减、高温电池研究；EIS 正发展为电堆分析工具、电动汽车控制核心. 然而多学科交叉的暂态EIS 发展，仍是前沿突破难点.

PtCu₂八面体形貌调控及氧还原电催化性能研究

曹龙生, 万磊，邵志刚，俞红梅, 侯明，衣宝廉

2018, 24(6): 697-706. doi:10.13208/j.electrochem.180848

摘要 ( 1226 )

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利用溶剂热法，在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中共同还原乙酰丙酮铂（Pt(acac)₂）和乙酰丙酮铜（Cu(acac)₂）制备PtCu八面体合金催化剂. PtCu₂八面体表现出明显的晶格收缩、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能，进而表现出较弱的含氧物种吸附强度和较低的d 带中心位置. 系统研究结构导向剂对PtCu合金形貌影响. 在半电池测试中，由于PtCu₂具有均匀分散的规则八面体形貌结构，导致在0.9 V vs. RHE处氧还原（ORR）的质量比活性和面积比活性分别是Pt/C（JM）的6.3和27.2倍，并在加速衰减测试后其ORR的质量比活性仍达到Pt/C（JM）的4.5倍.

空气中SO₂ 对直接甲醇燃料电池性能影响

秦斌，景粉宁，孙雪敬，孙公权，孙海

2018, 24(6): 707-714. doi:10.13208/j.electrochem.180858

摘要 ( 1356 )

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直接甲醇燃料电池（DMFC）通常采用空气中氧气作为氧化剂，但空气中硫化物、氮化物等污染物会对电池性能造成影响. 本文采用恒流放电曲线、极化曲线、循环伏安扫描（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法，研究SO₂对DMFC电池性能影响，分析其毒化作用机制. 研究表明，SO₂毒化导致催化剂电化学活性面积（ECSA）减小，氧还原反应（ORR）电荷转移电阻增大，从而造成DMFC电池开路电压和工作电压加速衰减，峰值功率密度减小. 进一步探究了三种恢复策略，空气吹扫与I-V变载操作都只能实现电池性能的部分恢复，CV扫描可完全恢复电池性能.

基于内嵌钴/氮掺杂多孔碳三维石墨烯笼的抗团聚高效氧还原电催化剂

修陆洋，于梦舟，杨鹏举，王治宇，邱介山

2018, 24(6): 715-725. doi:10.13208/j.electrochem.180847

摘要 ( 1113 )

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氧还原反应是决定燃料电池、金属-空气电池等多种新型清洁能源存储与转化技术之性能与应用的关键反应. 铂及其合金是目前催化活性最好的氧还原反应催化剂，但其高昂的成本限制了规模化应用. 在小尺寸效应作用下，微纳米结构催化剂颗粒在电极制备与电化学反应过程中的团聚限制了催化剂本征催化活性的充分发挥. 本文基于喷雾热解技术，发展了一种基于内嵌钴/氮掺杂多孔碳三维石墨烯笼的高活性、抗团聚非贵金属氧还原反应催化剂. 此结构中，金属有机骨架化合物ZIF-67衍生的钴/氮掺杂多孔碳纳米结构是催化氧还原反应的活性中心，包覆其外的三维石墨烯笼不仅可在钴/氮掺杂碳纳米结构之间构建连续的三维载流子传导网络，且可高效抑制其在催化剂制备与电化学反应过程中的团聚与活性损失. 在碱性电解液中，此类非贵金属催化剂表现出可与铂基催化剂媲美的氧还原反应活性和优异的稳定性.

Fe-N共掺杂的碳纳米管串联空心球对氧还原反应的电催化

张雅琳，陈驰，邹亮亮，邹志青，杨辉

2018, 24(6): 726-732. doi:10.13208/j.electrochem.180842

摘要 ( 1182 )

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以ZIF-8为模板，通过表面包覆聚多巴胺、同时刻蚀ZIF-8中的Zn²⁺，形成空心球，在与三氯化铁络合后，经高温碳化和氨气热处理，得到了高比表面积的Fe-N共掺杂的碳纳米管串联的碳纳米空心球催化剂. 氨气不仅刻蚀碳基底提高比表面积，还可还原铁元素形成Fe₄N纳米粒子，提升了催化剂对氧还原反应的电催化活性，其氧还原半波电位达0.79 V，仅比商业Pt/C低60 mV，而且其稳定性和耐甲醇性更优于商业Pt/C，展示出良好的燃料电池应用潜力.

Pt-Cu合金纳米枝晶的合成及其氧还原催化性能

罗柳轩，魏光华，沈水云，朱凤鹃，柯长春，闫晓晖，章俊良

2018, 24(6): 733-739. doi:10.13208/j.electrochem.180856

摘要 ( 2644 )

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纳米材料的结构和化学成分对其催化性能的显著影响已经得到验证. 因此，本文通过一种简易的蚀刻方法，合成出具有均匀合金结构且尺寸和形貌均一的Pt-Cu纳米枝晶（NDs）作为高效氧还原（ORR）催化剂. 其树枝状形貌的形成得益于由Br^-/O₂氧化蚀刻剂引起的蚀刻效应. 通过改变Pt/Cu前驱体的比例可以容易地调节Pt-Cu NDs的Pt/Cu原子比，而不会使其树枝状形貌发生改变. 活性最高的碳载Pt₁Cu₁ NDs（Pt₁Cu₁ NDs/C）的面积比活性为1.17 mA·cm^-2@0.9V（vs. RHE），约为商业Pt/C的5.32倍. 此外，Pt₁Cu₁ NDs/C还具有卓越的电化学耐久性，即使在经过加速衰减实验的12000个电势循环后仍保持其优异的ORR催化活性. Pt₁Cu₁ NDs/C优异的ORR催化活性和电化学耐久性得益于由其合金结构和枝晶形貌产生的电子效应和结构效应.

钯原子修饰的金纳米颗粒乙醇氧化电催化剂

陈慧梅，朱尚乾，黄加乐，邵敏华

2018, 24(6): 740-747. doi:10.13208/j.electrochem.180841

摘要 ( 1019 )

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钯催化剂对碱性溶液的乙醇电催化氧化反应表现较好的催化活性. 本文通过简单的化学沉积法，将钯原子成功修饰到金纳米颗粒表面，制备的催化剂对乙醇电催化氧化反应表现出比钯更好的催化性能. 研究发现，钯原子不均匀地覆盖在金核表面，部分金原子暴露在外层. 制备的催化剂的峰电流密度是钯催化剂的4.6 倍，起始电势低100 mV. 该催化剂较好的催化性能可能归因于金核的电子效应和表面双功能电催化反应机制.

酸处理的碳作为阳极电催化剂用于直接抗坏血酸碱性膜燃料电池

陈禾木，邱晨曦，丛媛媛，刘会园，翟梓会，宋玉江

2018, 24(6): 748-756. doi:10.13208/j.electrochem.180844

摘要 ( 1265 )

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为改善电催化活性和亲水性，作者对商业碳黑（BP2000）进行了酸处理，获得了酸处理碳（ATC）. 通过X光电子能谱、红外光谱、热重和接触角测试的表征方法证明了酸处理在碳表面产生了丰富的含氧基团. 本文首次利用紫外可见光谱测试了碱性条件抗坏血酸（AA）在空气中的化学氧化活化能，结果为37.1 kJ·mol^-1. 另外，利用交流阻抗谱对碱性条件下ATC作为电催化剂时AA的氧化反应的活化能进行了评价. 碱性条件下，AA在单电池中有无ATC电催化剂层条件下的活化能分别为26.5和34.5 kJ·mol^-1，活化能的降低表明ATC是一种有效的阳极电催化剂. 作者将ATC应用于直接碱性膜AA燃料电池（DAAFCs）作为阳极电催化剂，并且对DAAFC中一系列参数进行了优化，包括催化剂在膜（CCM）或气体扩散层（CDM）上的喷涂方法、阳极电催化剂的载量、阳极电催化剂中碱性聚合物的比例. 结果表明，采用CCM的膜电极制备方法、0.5 mg·cm^-2的ATC载量、25wt%的碱性聚合物添加比例时，DAAFCs单池的功率密度可达18.5 mW·cm^-2，远高于使用商品PtRu/C（5 mW·cm^-2）做阳极电催化剂的单池. 在寿命测试中，使用溶解于1 mol·L^-1 NaOH水溶液中的 0.5 mol·L^-1 AA作为燃料（流速15 mL·min^-1），DAAFCs单池的功率密度可以在25 min内维持在4 mW·cm^-2以上（75 °C）.

Pd/C催化剂用于CO₂电化学还原生成CO:Pd载量的影响

高敦峰，阎程程，汪国雄，包信和

2018, 24(6): 757-765. doi:10.13208/j.electrochem.180845

摘要 ( 1124 )

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CO₂电化学还原反应可以将CO₂转化为燃料并同时实现再生能源的有效存储. 目前纳米结构的多相催化剂已经广泛应用于此反应，其中碳负载钯纳米粒子（Pd/C）表现出优异的CO₂电化学还原性能. 本工作研究了钯载量对于Pd/C催化剂结构以及其催化CO₂还原生成CO反应活性和选择性的影响. 不同载量的Pd/C催化剂通过液相还原方法制备，钯纳米粒子均匀地分散在碳载体上，载量并没有明显改变对纳米粒子的粒径. 在优选的电解质（0.1 mol·L^-1 KHCO₃）中，CO法拉第效率与载量呈现火山型曲线关系，-0.89 V时载量为20wt%的Pd/C催化剂达到最高的CO法拉第效率(91.2%). 生成CO的几何电流密度随着钯载量的增加而增加，但CO转换频率具有相反的趋势，载量为2.5wt%的Pd/C催化剂具有最高的转换频率. 这种载量对CO₂电化学还原反应活性和选择性的影响主要由活性位的数量、反应动力学、中间物种的稳定性以及反应物、中间物种和产物的传质过程等共同决定.

空冷型PEMFC电堆的单电池特性研究

谭凯峰，陈维荣，韩明，张雪霞

2018, 24(6): 766-771. doi:10.13208/j.electrochem.180852

摘要 ( 948 )

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本文对实验室自制的自增湿空冷型PEMFC电堆进行了自适应特性研究，并分析了各单电池的性能以及各电池的电压分布情况. 实验中设定操作条件为：阳极工作压力为2 bar，阴极风扇功率0.3 W，氢气室每隔10 s排水1 s. 从实验结果可以看出，空冷型PEMFC的电压分布与负载电流的大小具有一定的联系，大电流负载下电池的电压分布会出现明显的不均匀现象，根据分析结果可以看出，电堆的单体电压波动率与负载电流之间存在近似的指数关系分布，且各单片电池间内阻的差异与大电流下过高的电堆温度都会造成电压分布不均匀的现象.

车用燃料电池系统耐久性研究

王克勇，石伟玉，王仁芳，刘佳，侯中军

2018, 24(6): 772-776. doi:10.13208/j.electrochem.180846

摘要 ( 1402 )

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燃料电池的耐久性是燃料电池汽车的关键技术问题，车用燃料电池寿命需要达到5000小时以上才能满足汽车应用要求. 作者基于车用燃料电池失效模式的研究，通过优化系统设计和改进系统控制策略等，开发出长寿命的HySYS-30车用燃料电池系统，并采用车用动态工况，对所开发的燃料电池系统进行了6000小时以上的耐久性测试，6000小时的性能衰减率仅为8.1%.

近期热点文章

詹东平

2018, 24(6): 777-778.

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总目次

2018, 24(6): 779-785.

摘要 ( 653 )

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作者索引

2018, 24(6): 786-790.

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