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第1章 燃料电池概述1

1.1 燃料电池历史回顾1

1.1.1 燃料电池的定义1

1.1.2 燃料电池发展历程简介2

1.2 燃料电池基础7

1.2.1 燃料电池的工作原理7

1.2.2 燃料电池的特点9

1.2.3 燃料电池的分类11

1.2.3.1 碱性燃料电池（AFC）12

1.2.3.2 质子交换膜燃料电池（PEMFC）13

1.2.3.3 磷酸燃料电池（PAFC）16

1.2.3.4 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）18

1.2.3.5 固体氧化物燃料电池（SOFC）19

1.3 燃料电池热力学23

1.3.1 理论效率的计算24

1.3.1.1 理论效率24

1.3.1.2 燃料电池与热机效率的比较24

1.3.1.3 燃料电池电动势26

1.3.2 电池电动势与温度的关系26

1.3.3 电池电动势与压力的关系27

1.4 电极过程动力学30

1.4.1 极化与过电势30

1.4.2 活化过电势31

1.4.2.1 活化极化与Tafel方程31

1.4.2.2 减少活化极化的途径34

1.4.3 浓差过电势34

1.4.4 欧姆过电势36

1.4.5 燃料电池的极化曲线37

1.5 燃料电池效率39

1.5.1 燃料电池的实际效率39

1.5.2 燃料电池系统的实际效率40

第2章 H2O2基燃料电池42

2.1 H2O2基燃料电池概述44

2.2 金属－H2O2半燃料电池44

2.2.1 金属半燃料电池的工作原理44

2.2.2 金属半燃料电池的特点46

2.2.3 金属－H2O2半燃料电池47

2.2.3 金属－H2O2半燃料电池的阳极材料49

2.2.4 Al-H2O2半燃料电池53

2.2.5 Mg-H2O2半燃料电池55

2.3 直接醇类－H2O2燃料电池56

2.3.1 直接甲醇燃料电池的发展56

2.3.2 直接甲醇－H2O2燃料电池的工作原理59

2.3.3 直接甲醇－H2O2燃料电池的结构59

2.3.4 直接甲醇－H2O2燃料电池优点60

2.3.5 直接醇类－H2O2燃料电池的阳极61

2.4 直接硼氢化物－H2O2燃料电池66

2.4.1 直接硼氢化钠－H2O2燃料电池的发展66

2.4.2 直接硼氢化钠－H2O2燃料电池的工作原理69

2.4.3 直接硼氢化钠－H2O2燃料电池的结构69

2.4.4 直接硼氢化钠－H2O2燃料电池的阳极催化剂71

2.4.5 直接硼氢化钠－H2O2燃料电池的面临的问题73

2.5 直接肼－H2O2燃料电池74

2.5.1 直接肼燃料电池发展史74

2.5.2 直接肼－H2O2燃料电池原75

2.5.3 直接肼燃料电池体系结构76

2.5.4 直接肼燃料电池阳极催化剂76

第3章 H2O2电还原反应及其催化材料78

3.1 H2O2电还原反应及其电极动力学78

3.2 H2O2电还原催化剂80

3.2.1 对H2O2电还原催化剂的要求80

3.2.2 H2O2电还原催化剂的分类81

3.3 负载型贵金属纳米催化材料的制备方法82

3.3.1 浸渍法83

3.3.2 离子交换法86

3.3.3 溶胶凝胶法88

3.3.4 沉淀法88

3.3.5 液相还原法92

3.3.6 固相反应法93

3.4 负载型贵金属纳米催化材料的表征93

3.4.1 纳米材料表征主要仪器94

3.4.2 纳米材料表征方法96

第4章 纳米Pd上H2O2电还原行为研究106

4.1 实验试剂及仪器106

4.2 催化剂表征109

4.2.1 TEM表征109

4.2.2 XRD表征109

4.3 电极制备110

4.4 电极表征110

4.4.1 SEM表征110

4.4.2 电化学表征111

4.5 H2O2电还原活性测试112

4.6 纳米Pd上H2O2电还原反应112

4.6.1 旋转圆盘电极上的H2O2还原反应112

4.6.2 H2O2浓度影响115

4.6.3 H＋浓度影响117

4.6.4 反应温度影响119

4.6.5 电解质阴离子影响122

4.7 小结123

第5章 纳米Ru上H2O2电还原行为研究125

5.1 实验试剂及仪器125

5.2 催化剂表征125

5.2.1 TEM表征125

5.2.2 XRD表征126

5.3 电极制备127

5.4 电极表征127

5.4.1 SEM表征127

5.4.2 电化学表征128

5.5 H2O2电还原活性测试129

5.6 纳米Ru催化性能测试129

5.6.1 纳米Ru上典型的H2O2电还原曲线129

5.6.2 H2O2浓度影响130

5.6.3 H＋浓度影响131

5.6.4 反应温度影响132

5.6.5 电解质阴离子影响134

5.6.6 氧化－还原处理影响134

5.7 小结135

第6章 碳载Pd及Pd-Ru催化剂的制备及性能137

6.1 实验试剂及仪器138

6.2 催化剂的制备138

6.2.1 碳载体预处理138

6.2.2 催化剂制备138

6.2.2.1 Pd/C催化剂制备138

6.2.2.2 碳载Pd-Ru催化剂制备139

6.3 电极制备139

6.4 H2O2电还原活性测试139

6.5 不同制备方法对Pd/C催化剂性能影响140

6.5.1 催化剂表征140

6.5.2 不同方法制备的Pd/C催化剂上H2O2电还原反应性能142

6.6 碳载体前处理对Pd/C催化剂性能的影响143

6.6.1 催化剂表征143

6.6.2 碳载体处理前后的Pd/C催化H2O2电还原反应性能145

6.7 热处理对Pd/C催化剂性能的影响146

6.7.1 催化剂表征146

6.7.2 热处理前后的Pd/C催化H2O2电还原反应性能148

6.8 碳载Pd－Ru催化剂149

6.8.1 不同比例的碳载Pd-Ru催化剂的表征149

6.8.2 碳载Pd－Ru催化剂对H2O2电还原反应的催化性能153

6.9 小结154

第7章 Mg-H2O2半燃料电池组装及性能测试155

7.1 实验试剂及仪器155

7.2 Mg-H2O2半燃料电池组装与测试156

7.2.1 质子交换膜的预处理156

7.2.2 电池电极制备156

7.2.3 电池组装157

7.2.4 电池性能测试157

7.3 电极表征158

7.4 单池性能测试159

7.4.1 Pd，Ru比例对电池性能的影响159

7.4.2 H2O2浓度影响160

7.4.3 H2SO4浓度影响162

7.4.4 流速影响163

7.4.5 温度影响165

7.4.6 稳定性测试166

7.5 小结168

第8章 电化学测量169

8.1 电化学测量概述169

8.1.1 电化学测量方法及其发展史169

8.1.2 电化学测量基本原则170

8.1.3 电化学测量的主要步骤170

8.2 电化学测量实验的基本知识171

8.2.1 电极电势的测量171

8.2.2 电流的测量和控制171

8.2.3 参比电极172

8.2.4 典型的研究电极的特性173

8.3 电化学测量技术175

8.3.1 基本的电化学变量：电压、电流和时间176

8.3.2 电流－电压测量法176

8.3.3 电化学阻抗谱法177

8.3.4 循环伏安法179

参考文献183