拉曼光谱在燃料电池领域的应用

张月皎 朱越洲 李剑锋

引用本文: 张月皎, 朱越洲, 李剑锋. 拉曼光谱在燃料电池领域的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 200405. doi: 10.3866/PKU.WHXB202004052 shu
Citation:  Zhang Yue-Jiao, Zhu Yue-Zhou, Li Jian-Feng. Application of Raman Spectroscopy in Fuel Cell[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(9): 200405. doi: 10.3866/PKU.WHXB202004052 shu

拉曼光谱在燃料电池领域的应用

    作者简介:

    李剑锋,1980年生。2010年获得厦门大学博士学位。现为厦门大学化学化工学院教授、博士生导师,国家杰出青年基金获得者、万人计划领军人才。主要研究方向为表面增强拉曼光谱和(电催化)反应;
    通讯作者: 李剑锋, li@xmu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21925404, 21775127)和福建省科技计划项目(2019Y4001)资助

摘要: 随着社会经济的快速发展,环境污染与能源短缺逐渐成为人们必须面对的热点问题。为实现人类社会的可持续发展,开发环境友好新型清洁能源技术成为二十一世纪的迫切任务。其中,燃料电池被认为是最具发展潜力的新型清洁能源技术之一。拉曼光谱作为一种无损的指纹识别的分子光谱技术,适用于燃料电池材料的研究,尤其是表面增强拉曼光谱技术(SERS)和壳层隔绝表面增强拉曼光谱技术(SHINERS)的发展,为研究燃料电池中反应的痕量中间物种,理解燃料电池实际反应机理提供了一种非常好的原位光谱实验平台,有助于合理设计更高效的催化剂及电极材料。本文主要对拉曼光谱以及SERS和SHINERS在燃料电池领域从电池材料层面和电极表面分子反应层面的应用及其发展前景进行相关讨论。

English

    1. [1]

      Wilberforce, T.; El-Hassan, Z.; Khatib, F. N.; Al Makky, A.; Baroutaji, A.; Carton, J. G.; Olabi, A. G. Int. J. Hydrogen Energy 2017, 42, 25695. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.07.054

    2. [2]

      Wilberforce, T.; Alaswad, A.; Palumbo, A.; Dassisti, M.; Olabi, A. G. Int. J. Hydrogen Energy 2016, 41, 16509. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.02.057

    3. [3]

      Alaswad, A.; Baroutaji, A.; Achour, H.; Carton, J.; Al Makky, A.; Olabi, A. G. Int. J. Hydrogen Energy 2016, 41, 16499. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.03.164

    4. [4]

      Majlan, E. H.; Rohendi, D.; Daud, W. R. W.; Husaini, T.; Haque, M. A. Renew. Sust. Energy Rev. 2018, 89, 117. doi: 10.1016/j.rser.2018.03.007

    5. [5]

      Brandon, N. P.; Skinner, S.; Steele, B. C. H. Ann. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 183. doi: 10.1146/annurev.matsci.33.022802.094122

    6. [6]

      Sung, S. S.; Hoffmann, R. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 578. doi: 10.1021/ja00289a009

    7. [7]

      Anderson, A. B. Electrochim. Acta 2002, 47, 3759. doi: 10.1016/S0013-4686(02)00346-8

    8. [8]

      Damjanovic, A.; Dey, A.; Bockris, J. O. M. Electrochim. Acta 1966, 11, 791. doi: 10.1016/0013-4686(66)87056-1

    9. [9]

      Damjanovic, A.; Brusic, V. Electrochim. Acta 1967, 12, 615. doi: 10.1016/0013-4686(67)85030-8

    10. [10]

      Wei, C.; Rao, R. R.; Peng, J.; Huang, B.; Stephens, I. E. L.; Risch, M.; Xu, Z. J.; Shao-Horn, Y. Adv. Mater. 2019, 31, 1806296. doi: 10.1002/adma.201806296

    11. [11]

      Wang, X. X.; Swihart, M. T.; Wu, G. Nat. Catal. 2019, 2, 578. doi: 10.1038/s41929-019-0304-9

    12. [12]

      骆明川, 孙英俊, 秦英楠, 杨勇, 吴冬, 郭少军.物理化学学报, 2018, 34, 361. doi: 10.3866/PKU.WHXB201708312Luo, M. C.; Sun, Y. J.; Qin, Y. N.; Yang, Y.; Wu, D.; Guo, S. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 361. doi: 10.3866/PKU.WHXB201708312

    13. [13]

      常乔婉, 肖菲, 徐源, 邵敏华.物理化学学报, 2017, 33, 9. doi: 10.3866/PKU.WHXB201609202Chang, Q. W.; Xiao, F.; Xu, Y.; Shao, M. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 9. doi: 10.3866/PKU.WHXB201609202

    14. [14]

      Itoh, T.; Abe, K.; Dokko, K.; Mohamedi, M.; Uchida, I.; Kasuya, A. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A2042. doi: 10.1149/1.1812735

    15. [15]

      Itoh, T.; Maeda, T.; Kasuya, A. Faraday Discuss. 2006, 132, 95. doi: 10.1039/b506197k

    16. [16]

      Pomfret, M. B.; Owrutsky, J. C.; Walker, R. A. Annu. Rev. Anal. Chem. 2010, 3, 151. doi: 10.1146/annurev.anchem.111808.073641

    17. [17]

      Maher, R. C.; Duboviks, V.; Offer, G. J.; Kishimoto, M.; Brandon, N. P.; Cohen, L. F. Fuel Cells 2013, 13, 455. doi: 10.1002/fuce.201200173

    18. [18]

      Dong, J. C.; Zhang, X. G.; Briega-Martos, V.; Jin, X.; Yang, J.; Chen, S.; Yang, Z. L.; Wu, D. Y.; Feliu, J. M.; Williams, C. T.; et al. Nat. Energy 2018, 4, 60. doi: 10.1038/s41560-018-0292-z

    19. [19]

      Wang, Y. H.; Le, J. B.; Li, W. Q.; Wei, J.; Radjenovic, P. M.; Zhang, H.; Zhou, X. S.; Cheng, J.; Tian, Z. Q.; Li, J. F. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 16062. doi: 10.1002/anie.201908907

    20. [20]

      Jeanmaire, D. L.; Van Duyne, R. P. J. Electroanal. Chem. 1977, 84, 1. doi: 10.1016/S0022-0728(77)80224-6

    21. [21]

      Lane, L. A.; Qian, X. M.; Nie, S. M. Chem. Rev. 2015, 115, 10489. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00265

    22. [22]

      Li, J. F.; Zhang, Y. J.; Ding, S. Y.; Panneerselvam, R.; Tian, Z. Q. Chem. Rev. 2017, 117, 5002. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00596

    23. [23]

      Nie, S.; Emory, S. R. Science 1997, 275, 1102. doi: 10.1126/science.275.5303.1102

    24. [24]

      Xu, H. X.; Bjerneld, E. J.; Kall, M.; Borjesson, L. Phys. Rev. Lett. 1999, 83, 4357. doi: 10.1103/PhysRevLett.83.4357

    25. [25]

      Tian, Z. Q.; Ren, B.; Li, J. F.; Yang, Z. L. Chem. Commun. 2007, 3514. doi: 10.1039/B616986D

    26. [26]

      Li, J. F.; Huang, Y. F.; Ding, Y.; Yang, Z. L.; Li, S. B.; Zhou, X. S.; Fan, F. R.; Zhang, W.; Zhou, Z. Y.; Wu, D. Y.; et al. Nature 2010, 464, 392. doi: 10.1038/nature08907

    27. [27]

      Li, J. F.; Tian, X. D.; Li, S. B.; Anema, J. R.; Yang, Z. L.; Ding, Y.; Wu, Y. F.; Zeng, Y. M.; Chen, Q. Z.; Ren, B.; et al. Nat. Protoc. 2013, 8, 52. doi: 10.1038/nprot.2012.141

    28. [28]

      Zhang, H.; Duan, S.; Radjenovic, P. M.; Tian, Z. Q.; Li, J. F. Acc. Chem. Res. 2020, doi: 10.1021/acs.accounts.9b00545

    29. [29]

      Wei, J.; Qin, S. N.; Liu, J. L.; Ruan, X. Y.; Guan, Z.; Yan, H.; Wei, D. Y.; Zhang, H.; Cheng, J.; Xu, H.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, doi: 10.1002/anie.202000426

    30. [30]

      Li, C. Y.; Le, J. B.; Wang, Y. H.; Chen, S.; Yang, Z. L.; Li, J. F.; Cheng, J.; Tian, Z. Q. Nat. Mater. 2019, 18, 697. doi: 10.1038/s41563-019-0356-x

    31. [31]

      Wang, C.; Chen, X.; Chen, T. M.; Wei, J.; Qin, S. N.; Zheng, J. F.; Zhang, H.; Tian, Z. Q.; Li, J. F. ChemCatChem 2020, 12, 75. doi: 10.1002/cctc.201901747

    32. [32]

      Wang, Y. H.; Wei, J.; Radjenovic, P.; Tian, Z. Q.; Li, J. F. Anal. Chem. 2019, 91, 1675. doi: 10.1021/acs.analchem.8b05499

    33. [33]

      Jiang, S. P. Int. J. Hydrogen Energy 2019, 44, 7448. doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.01.212

    34. [34]

      Fan, L.; Zhu, B.; Su, P.C.; He, C. Nano Energy 2018, 45, 148. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.12.044

    35. [35]

      Abdalla, A. M.; Hossain, S.; Azad, A. T.; Petra, P. M. I.; Begum, F.; Eriksson, S. G.; Azad, A. K. Renew. Sust. Energy Rev. 2018, 82, 353. doi: 10.1016/j.rser.2017.09.046

    36. [36]

      Hossain, S.; Abdalla, A. M.; Jamain, S. N. B.; Zaini, J. H.; Azad, A. K. Renew. Sust. Energy Rev. 2017, 79, 750. doi: 10.1016/j.rser.2017.05.147

    37. [37]

      da Silva, F. S.; de Souza, T. M. Int. J. Hydrogen Energy 2017, 42, 26020. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.08.105

    38. [38]

      Gorte, R. J.; Vohs, J. M. Annu. Rev. Chem. Biomol. 2011, 2, 9. doi: 10.1146/annurev-chembioeng-061010-114148

    39. [39]

      Shaikh, S. P. S.; Muchtar, A.; Somalu, M. R. Renew. Sust. Energy Rev. 2015, 51, 1. doi: 10.1016/j.rser.2015.05.069

    40. [40]

      Connor, P. A.; Yue, X.; Savaniu, C. D.; Price, R.; Triantafyllou, G.; Cassidy, M.; Kerherve, G.; Payne, D. J.; Maher, R. C.; Cohen, L. F.; et al. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1800120. doi: 10.1002/aenm.201800120

    41. [41]

      Rosli, R. E.; Sulong, A. B.; Daud, W. R. W.; Zulkifley, M. A.; Husaini, T.; Rosli, M. I.; Majlan, E. H.; Haque, M. A. Int. J. Hydrogen Energy 2017, 42, 9293. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.06.211

    42. [42]

      Araya, S. S.; Zhou, F.; Liso, V.; Sahlin, S. L.; Vang, J. R.; Thomas, S.; Gao, X.; Jeppesen, C.; Kær, S. K. Int. J. Hydrogen Energy 2016, 41, 21310. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.09.024

    43. [43]

      Zhang, J.; Xie, Z.; Zhang, J.; Tang, Y.; Song, C.; Navessin, T.; Shi, Z.; Song, D.; Wang, H.; Wilkinson, D. P.; et al. J. Power Sources 2006, 160, 872. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.05.034

    44. [44]

      Zeis, R. Beilstein J. Nanotech. 2015, 6, 68. doi: 10.3762/bjnano.6.8

    45. [45]

      Mack, F.; Heissler, S.; Laukenmann, R.; Zeis, R. J. Power Sources 2014, 270, 627. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.06.171

    46. [46]

      Daletou, M. K.; Geormezi, M.; Vogli, E.; Voyiatzis, G. A.; Neophytides, S. G. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 1117. doi: 10.1039/C3TA13335D

    47. [47]

      Li, X.; Lee, J. P.; Blinn, K. S.; Chen, D.; Yoo, S.; Kang, B.; Bottomley, L. A.; El-Sayed, M. A.; Park, S.; Liu, M. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 306. doi: 10.1039/c3ee42462f

    48. [48]

      Li, X.; Blinn, K.; Chen, D.; Liu, M. Electro. Energy Rev. 2018, 1, 433. doi: 10.1007/s41918-018-0017-9

    49. [49]

      Chen, X.; Liang, M. M.; Xu, J.; Sun, H. L.; Wang, C.; Wei, J.; Zhang, H.; Yang, W. M.; Yang, Z. L.; Sun, J. J.; et al. Nanoscale 2020, 12, 5341. doi: 10.1039/C9NR10304J

    50. [50]

      Gómez-Marín, A. M.; Feliu, J. M. ChemSusChem 2013, 6, 1091. doi: 10.1002/cssc.201200847

    51. [51]

      Briega-Martos, V.; Herrero, E.; Feliu, J. M. Electrochim. Acta 2017, 241, 497. doi: 10.1016/j.electacta.2017.04.162

    52. [52]

      Dong, J. C.; Su, M.; Briega-Martos, V.; Li, L.; Le, J. B.; Radjenovic, P.; Zhou, X. S.; Feliu, J. M.; Tian, Z. Q.; Li, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 715. doi: 10.1021/jacs.9b12803

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  19
  • 文章访问数:  1845
  • HTML全文浏览量:  343
文章相关
  • 发布日期:  2021-09-15
  • 收稿日期:  2020-04-17
  • 接受日期:  2020-05-31
  • 修回日期:  2020-05-22
  • 网络出版日期:  2020-06-04
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章