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PEMFC膜电极的活化研究进展
随着环保意识的日益增强，加上各种政策和标准的支持，燃料电池已成为新能源发展领域的热点之一。其中，聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）由于其高效、环保、安全等优点，成为广泛应用的燃料电池之一。然而，PEMFC的活化问题一直是制约其应用的主要瓶颈之一。目前，有许多研究关注PEMFC膜电极的活化机理和方法，本文将对其中一些重要的研究进展进行综述。
PEMFC膜电极的组成及其活化机理
PEMFC膜电极主要由阴阳极材料和质子交换膜（PEM）等组成。燃料电池的核心是催化剂，催化剂转化的是氧气和氢气等燃料，将其转化为电能。最常用的催化剂是铂基催化剂，PEMFC中常用的是Pt/C催化剂。
PEMFC活化机理主要涉及到催化剂的背景和表面物理化学性质的变化，包括催化剂的结构、组成、晶格缺陷和表面失活等方面。其中，催化剂的表面失活是PEMFC膜电极活化的主要原因。表面失活是指催化剂表面的白金物种与金属未反应形成致密的Pt-SO4和Pt-SO3物种，从而阻碍了质子的传输，导致了催化活性下降。
PEMFC膜电极活化的研究方法
近年来，针对PEMFC膜电极的活化问题，不断涌现了各种方法。其中，表面清洁、添加促进剂和外加电场等是比较常见的方法。
1.表面清洁
表面清洁是PEMFC膜电极活化的首要步骤，以去除表面的杂质和污染物。清洁方法主要有物理法和化学法。物理法主要有超声波清洗和等离子体清洗。化学法则包括了高温还原、碱性氧化等。
在表面清洁的过程中，要注意催化剂的粒度的大小与还原温度之间的关系。如果Pt粒度小于3nm，表面初期的洁净度会对活性具有更加显著的影响。此外，还应该考虑到化学清洗的毒性和使用过程中的安全性。
2.添加促进剂
添加促进剂是解决PEMFC膜电极表面失活的常见办法。常用的促进剂有硫化物、卤化物、氰化物、硼酸、细粉和碳纳米管等。其中，硼酸和碳纳米管是新兴的研究领域。硼酸的添加会使Pt表面形成薄的氧化层，并形成Pt-B键，防止催化剂表面被氧化。过多的硼酸会导致电化学性能和耐久性下降。
碳纳米管（CNTs）也是一种常用的催化剂促进剂，它们具有极高的表面积、热导系数和高导电性。CNTs的添加可以提高Pt/CNTs电极的活性和稳定性。CNTs的添加量越多，促进效果越好，但是过多的CNTs会导致Pt的光溶性和表面失活。
3.外加电场
外加电场是在催化剂表面施加电场以改变催化剂的表面性质。外加电场会改变催化剂的电子结构和析氢吸氢表面化学反应的速率。一些研究表明，外加电场的应用可以显著提高铂的利用率和催化性能。但是，外加电场对催化剂的稳定性会有影响，因此需要进行进一步的研究和优化。
PEMFC膜电极的稳定性
除了活化问题之外，PEMFC膜电极的稳定性也是制约其推广应用的另一个主要瓶颈。稳定性问题常常表现为催化剂的不可逆失活、化学腐蚀、电化学氧化和材料的老化等。解决这些问题需要从原料、制备工艺和应用方法方面进行考虑。目前，一些技术也已经开始应用，如快速退火、添加添加剂、制备新型催化剂等方法。
结论
PEMFC膜电极的活化问题是现代燃料电池技术中需要解决的重大技术难题之一。表面清洁、添加促进剂和外加电场等是解决PEMFC电极活化问题的有效方法，但是过多的添加剂和过大的电场会导致催化剂失活。因此，如何优化添加量和应用方法，成为未来研究的重点。与此同时，稳定性问题也是PEMFC的严重问题之一，需要不断完善和创新，以提高PEMFC的稳定性和实际应用价值。