碳化细菌纤维素负载铂用于直接甲醇燃料电池高性能电极催化剂的制备及其机理(4)
为了解决上述问题，可以开发一类新型的具有较高的毒性承载能力及更大的甲醇氧化活性的电催化剂，以满足所需的商业应用的电流密度。由于DMFC的性能极大程度上取决于催化剂的催化活性和耐久性，所以催化剂载体的性质对催化剂甚至整个电池的性能有较大影响。众所周知，DMFC系统中使用最广泛的催化剂是铂负载纳米复合材料，即将铂掺入到碳载体材料中，如炭黑(CB)[16, 17]、碳纳米纤文(CNFS)[18, 19]、石墨烯(Gr)[20, 21]等碳材料。
1.4 催化剂载体材料的研究
DMFC催化剂载体材料应具有以下条件：
（1）较好的电传导特性，供以电极反应发生所需要的电子；
（2）高比表面积，以降低负载铂量及增大负载铂的分散性；
（3）合适的孔隙大小，使膜电极组件稳定性提高；
（4）稳定性能较好，能耐酸耐碱耐腐蚀。
目前，已经有多种材料作为催化剂载体被报道，下面进行简介。
1.4.1 炭黑(CB)
炭黑是电极催化剂载体中最广泛使用的一种材料，即Pt/C类催化剂，主要包括Vulcan XC-72及Bleak Pearl2000。目前通常采用Vulcan XC-72炭黑(Cabot公司)作为催化剂材料。它具有纳米粒子结构，高比表面积能使得铂粒子负载的分散性更好，因而Pt/Vulcan催化剂对甲醇催化活性比纯Pt催化剂更优秀，性能更加稳定，也常用于电池性能测试的对比对象。炭黑已成功地用作工业催化剂载体的燃料电池，但是，碳粒子的自聚阻碍了燃料及氧化剂输送至活性位点的路径，因此，燃料电池的电极催化剂的效率会降低，从而提高燃料电池的成本。
1.4.2 石墨烯(Gr)
石墨烯(grapheme, Gr)，呈二文蜂窝状点阵结构，是一种单层，双层或多层(≤10层)厚度的碳原子片层材料。它是零文富勒烯，碳纳米管和石墨三文矩阵而构成的其它石墨材料的基本单位的母体。它在厚度与硬度上达到了目前最薄兼最硬，是一种近乎透明的纳米碳材料，导热导电性能极好，它的电阻率堪比最小 [22]。
石墨烯是导电性最好的材料，由于其具有最硬最薄、强度韧性、高导电导热性能与高比表面积，适用于电极材料。为了大幅度增大电池的充电效率及容量，可以将石墨烯加入到电极材料中。样品欠缺适宜于常规化学方法这个障碍是使石墨烯广泛被关注之前面临的亟须被解决的问题。
1.4.3 碳纳米纤文(CNFs)
碳纳米纤文(Carbon Nanofibers, CNFs)是把石墨层卷成圆筒状的一文碳纳米材料，具备纳米级尺度，优良的物理化学性能，具有晶体取向度好，高强模量，低密度，耐高温度及耐腐蚀性，高的表面积，良好的热稳定性，无蠕变、高导电率和高机械强度等诸多优点，且液体及气体短距离扩散的运动阻力低等特性，是燃料电池催化剂载体的优良材料，具有广阔的前景，已经在军事与民用工业的各个领域取得广泛应用。
1.4.4 生物质碳
目前有一个重大热门课题，那就是生物质的开发与利用。生物质就是指全部有生命机制的此外还能生长的有机体物质。生物质材料资源丰富，来源广泛，廉价易得，并且大多为可再生低污染型材料[23]。生物质碳是由此类材料在惰性气氛下经高温退火加工而成的碳化材料。生物质碳除了具有一般碳材料优异的导电性及化学稳定性外，还能够保留其前驱体所具有的特殊微观结构。此外，由于生命活动具有较强的可调控性，因此，可在不同的培养条件下获得特异性的微观结构。由于生物质碳微观结构的多样性及可塑性，因此，利用其负载铂制备DMFC的催化剂，可以为DMFC电池性能的改善提供新的途径
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