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金属卟啉类化合物电化学性质的研究目的意义及进展

1研究的目的及意义

2金属卟啉类化合物电化学性质的研究进展

2.1金属卟啉类概述

2.2金属卟啉电化学研究方法

2.3金属卟啉类化合物氧还原的电催化作用

2.4中心金属离子对金属卟啉催化作用的影响

2.5取代基对金属卟啉类化合物催化作用的影响

2.6不同热处理对金属卟啉类化合物催化活性的影响

2.7不同的载体对金属卟啉类化合物催化活性的影响

2.8金属卟啉类化合物催化机理

1研究的目的及意义

随着能源危机和环境污染日益严重，开发洁净高效的供能、储能系统迫在眉睫。

燃料电池由于具有清洁、高效、可连续大功率放电的特殊性能而受到人们广泛的

关注，世界各国都非常重视其技术的开发和应用，大力进行基础研究并促进产业

化。中国国务院2006年2月发布的国家中长期（2006～2020年）科学和技术发

展规划纲要中明确地将燃料电池技术列为今后15年重点发展的前沿技术之一。

世界其它各国包括美国、加拿大、德国、以色列、日本等国相继进行了一系列关

于燃料电池研究和发展的计划，如美国的“FreedomCAR”计划、“加州氢公路

网计划”、“氢燃料行动”（HydrogenFuelInitiative）等，大大促进了燃料电池技

术的发展。

氧电极是燃料电池的阴极，它是决定电池性能优劣的关键因素，而氧电极的性能

又主要取决于催化剂的性能。因此，寻找经济、高效和稳定的氧还原催化剂一直

是研究者追求的目标。氧还原催化剂的种类较多，但是实际应用较多的是以铂或

其合金为主的催化剂，虽然铂在低温燃料电池中是一种很好的氧还原催化剂，但

是它价格昂贵和易被CO毒化限制了铂作为电催化剂的应用。金属卟啉化合物具

有高的共轭结构和化学稳定性，它有着与催化酶相似的结构，能促进HO的分

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解，从而使电池的工作电压提高，放电容量增加，无论在酸性还是碱性条件美国

电技术公司还为它们能够克服铂对分子氧都有良好的电催化还原活性，下，

促进碳基体腐蚀和氧化问题，而且它在直接甲醇燃料电池（DMFC）中避免了从

负极透过的甲醇在正极反应造成正极电位损失。这使得金属卟啉成为燃料电池最

有希望的氧还原催化材料，近年来逐渐成为氧还原电催化剂的研究热点，以期取

代贵金属作为燃料电池氧还原催化剂。本实验创新性地使用金属卟啉的低聚物作

为燃料电池的氧还原催化剂，对制备出来的金属卟啉低聚物进行表征，通过测试

它们的循环伏安曲线，测试他们对O氧还原的催化效果。通过对金属卟啉低聚

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物与空白溶液作比较，金属钴卟啉二聚体与钴卟啉单体比较，研究它们对O氧

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还原效应的能力大小。金属卟啉低聚物作为燃料电池的催化剂与过渡金属作为燃

料电池的催化剂具有更多优势，更有希望取代贵金属作为燃料电池和金属空气电

池的氧还原催化剂。今后我们还将对催化剂的最佳工艺进行研究，研究与探索这

一新催化剂可能出现的新现象和规律，对活性结构作进一步的推测，以及对材料

可行性作出判断。

2金属卟啉类化合物电化学性质的研究进

展

随着石油资源的枯竭，原油价格上升。汽车尾气的大量排放，环境污染日趋

严重，可持续性绿色能源及其利用转换技术开发迫在眉睫！燃料电池和金属空气

电池是高效清洁的能源转换系统，它们在电动车上的发展潜力引起国际上广泛

的重视。燃料电池和金属空气电池的发展关键在于氧电极催化剂不断更新，催化

剂材料的研究一直备受关注。燃料电池常用的电催化剂均以铂金属为主，铂在低

温燃料电池中是一种很好的电催化剂，但它价格昂贵，储量少，易被CO毒化(燃

料气中存在的CO或直接甲醇阳极氧化时的中间产物)，限制了铂作为电催化剂。

为了解决这一问题，世界各国科研工作者都在努力寻找非贵金属化合物来代替

铂，例如:金属氧化物，合金和过渡金属大环化合物等。在酸性电解液中，金

属卟啉是空气电极最有希望的催化剂，它能有效促进HO分解,使