综述：不同形貌催化剂在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中应用的研究进展

这篇综述系统梳理了0D、1D、2D和3D铂(Pt)基催化剂在质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)中的最新研究进展，重点探讨了催化剂形貌特征对催化活性、耐久性及贵金属利用效率的影响机制，为下一代催化材料的理性设计提供了理论指导。

　　

Abstract

质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)技术的发展对推动全球能源转型和实现碳中和目标至关重要。研究表明，燃料电池性能与阴阳极材料的催化活性密切相关，而催化剂的精确形貌设计是核心影响因素。

多维催化剂研究进展

0D纳米颗粒

零维Pt纳米颗粒通过调控尺寸(2-5 nm)可暴露更多活性晶面，但易发生团聚和奥斯特瓦尔德熟化。最新研究显示，碳载Pt₃Co@Pt核壳结构将质量活性提升至0.56 A/mg_Pt@0.9 V。

1D纳米结构

一维纳米线/管凭借连续电子传输路径展现出优异稳定性。例如PtNi纳米线在PEMFC阴极氧还原反应(ORR)中，经过30000次循环后仍保持78%初始活性。

2D纳米片

二维超薄Pt纳米片(厚度<3原子层)具有高指数晶面优势，在DMFC阳极甲醇氧化反应(MOR)中表现出1.5倍于商业催化剂的比活性。

3D多孔框架

三维分级多孔结构通过构建贯通孔道(孔径20-50 nm)显著改善传质效率，其中Pt₃Cu中空框架的Pt利用率达到传统催化剂的3.2倍。

挑战与展望

当前面临复杂形貌稳定性差、规模化合成困难等瓶颈。未来研究建议：

1. 1.

   开发原位表征技术追踪形貌演变

2. 2.

   设计非贵金属掺杂的核壳结构

3. 3.

   建立形构效关系的理论预测模型

该综述为燃料电池催化材料的精准设计提供了重要参考，其结论对推进清洁能源器件产业化具有指导意义。