越大越好。所以做成薄的平板结构，表面上疏松多孔，进一步增大了表面积。

1。4。1 燃料电池性能

理想状况下，当燃料电池维持由热力学决定的恒定电压时，其输出的电流可以随 意调节（只要能够提供持续不断的燃料），然而实际情况是实际输出电压总是比理想 的电压小；而且，电池的输出电流越大，电池输出的电压就越低。燃料电池的输出功 率（P）由下式给出：

P=IU (1-3)

图 1-2 燃料电池电流密度 i 和电池电压 U 的曲线示意图。

由上式 1-3 和图 1-2 可以看出实际功率 P 和理论计算值之间的差异。 燃料电池的电流大小与燃料的用量成正比（每摩尔燃料提供的电子数是一定的），

由 P=UI 可以推得，当燃料电池电压下降时，单位摩尔数燃料产出的电功率将要降低。 因此，可以将电压作为衡量燃料电池效率的标尺。由此可见，尽量提高燃料电池的电 压时很有必要的。

然而，在有电流负载的情况下维持高电压是极其困难的。由于损耗不可避免，电 压的实际值总是低于理论值。一般来说，燃料电池存在三种主要的损耗：活化损耗； 欧姆损耗；浓度损耗。

1。4。2 燃料电池的长处与不足

燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，相比于内燃机效率要高。其中不存在 通常热机的燃烧过程，因而不产生氮氧化物和硫化物，也不产生粉尘。事实上这是燃 料电池相对于其他传统的能源转化系统最大的优势——对环境友好。并且由于其燃料

电池内部不存在可以移动的部件，所以完全不存在摩擦损耗，因而运行安静，具有很 高的可靠性和很长的运行寿命。其允许在功率（由燃料电池尺寸大小决定）和容量（由 燃料存储尺寸大小决定）之间任意调节。文献综述

然而，燃料电池也存在许多不足。最重要的是其现在成本太高，只能用在有限的 几个领域（航天器等领域）。而其功率密度（单位体积或单位质量产生的功率）仍然 很低。第三点，以氢气为燃料时，燃料电池工作性能最好，然而氢气的廉价大规模制 取和储存运输都不是简单的问题。氢气的替代品（甲醇，甲酸，汽油等）又不能直接 利用，需要重整，这又会对燃料电池性能产生影响，增加了对设备的要求，因此这些 替代品并不适合现在的燃料电池。燃料电池的其他问题包括，对温度的适应性，对毒 性的敏感性等。

1。5 国内外研究现状

1。6 本文的研究内容

因为二硫化钼有趣的物理和化学性质，二硫化钼的夹层结构所组成的二硫化钼的 单层已经获得了广泛地关注。此外，二硫化钼颗粒存在暴露的边界，实验测试显示其 具有电化学活性。然而，单层的二硫化钼的表面是惰性的。为了进一步提高二硫化钼 的活性，即如何激活表面惰性的问题。类比已知惰性石墨烯和 BN，可以通过掺杂杂 质原子来提高活性。所以可以猜测通过合适的掺杂，单层二硫化钼将是一个可选的 ORR 催化剂。需要说明的是，硫化钼作为电化学催化剂，大多数应用于电化学产氢 方面。在氧气还原反应催化剂上，研究较小。但是结合模拟与实验的结果，证明该材 料可以应用于 PEMFC 的阴极。

此次研究的具体内容为：二维硫化钼材料可以作为氧气还原反应催化剂，但是由 于表面片层没有活性，因此，我们需要将表面进行活化。我们计划替换二硫化钼表面 上的 S 位，通过掺杂金属原子，分别用 Ni，Pd，Pt 和 Ag 对二硫化钼进行掺杂，通 过模拟计算相关数据，比较四种催化剂掺杂后的吸附能和反应能，总结金属掺杂是否 对表面活化有效，寻找最佳的掺杂元素。而后通过计算氧气还原反应整体机理，获得 最终的活性曲线。为后续的实验制备提供理论依据。