文 献 综 述

1.背景

金属空气电池早在第一次世界大战中便作为便携式电源用于铁路、邮电系统。它是一种介于一次电池与燃料电池之间的”半燃料”电池，兼具燃料电池和电池的特点，并具有容量大、比能量高、成本低、放电稳定等优点^[1,2]，是一种具有巨大市场前景的电源。

金属空气电池的负极为活泼的固体金属物质，如Zn、Al、Li、Mg、Fe等，在放电过程中这类金属发生氧化反应；正极可选用的材料较多，但并不像负极一样在电池反应中被消耗，而仅仅作为催化剂存在，真正参与电池反应的正极物质为氧气；由于活泼金属溶于酸以及O₂的电化学反应在碱性溶液中进行均要优于在中性介质中，电解质一般采用高浓度碱性溶液。空气电极为气体扩散电极，其主要作用是为在放电过程中氧气的还原反应以及在充电过程中的析氧反应^[3]提供三相反应界面。除此之外，空气电极还起着防止电解质渗漏、兼做壳体等作用。

目前，贵金属（如Pt，Ru和Ir）及其合金被认为具有最佳的氧电催化活性，然而，其昂贵的价格和罕见的可用性给金属-空气电池^[4-7]的广泛实际实施带来了巨大挑战。

2.催化剂现状

（1）碳材料

碳由于具有良好的导电性、化学稳定性以及高比表面积如活性碳、乙炔黑等优点,常用做催化和电催化领域的载体材料。在氧还原电催化研究中,碳除用做催化剂的载体外,其本身也具备一定的催化作用。近来人们又通过对活性碳改性来增强它的催化活性如酸处理、热处理及其合成新型纳米碳管^[8]等

（2）铂及其合金

最为常用的贵金属催化剂是铂系金属,它们用做氧电极催化剂显示出良好的催化活性,这可能与该类金属中存在轨道空穴有关^[9]。尽管铂对氧还原反应具有较高的活性和稳定性,而且其载量也得到很大提高,但由于其昂贵的价格和稀缺的资源使得其很难大量应用在商业领域,因此开发高效的代铂催化剂尤为重要。