AEM催化剂制备工艺概述

电化学沉积法是在外电场的驱动下，金属离子通过电化学还原在电极表面成核生长形成催化活性层的技术。此方法具有工艺简单、成本低、催化层与基底结合力较强等优点，适合Fe、Co、Ni这样过渡金属的合金或金属单质催化材料的制备。

电沉积通常选用泡沫镍、镍毡、碳纸作为导电基底，操作过程中以下几个参数对催化层的形成有直接影响：电流密度、pH值、温度、添加剂、各金属离子的配比及浓度。

电流密度的高低直接影响沉积速率的快慢，电流过高，沉积速率过快易导致枝晶生长，电流过低，则会导致沉积速率过慢；电解液pH影响金属离子的状态，电解液呈碱性时（pH8-11），金属离子易形成氢氧化物沉淀，催化层为金属氢氧化物及氧化物为主导、电解液呈弱酸性时（pH3-6），电荷传输阻力小，沉积动力学平衡，催化层易形成均一的纳米结构、电解液呈强酸性时（pH1-3），则易发生析氢反应，降低电流效率，且气泡会造成催化层产生裂痕；温度主要影响于传质和反应速率，温度较高时，传质和反应速率都较快，晶体的成核与生长较快，易产生枝晶和大晶粒，不利于催化层体现高性能，而温度较低时，晶体生长和反应速率都较慢，制得催化层的结晶度较低，可能含有非晶相；加入不同的添加剂主要实现以下几种功能：稳定pH、消除应力、控制颗粒粒径及形貌、使催化层平整、确保组分构成均一性；各金属离子的配比及浓度直接影响催化层的组分构成及沉积速率，进而对形貌和性能产生影响。当然上述只是一个普遍的规律，具体参数调控视具体反应体系的特性而定。

电沉积法工艺简单，成本低廉且催化层的组分形貌可控，工业上也可卷对卷电镀的方式进行连续生产；但同时也存在沉积速率受限、副反应阻碍及难以保证大面积均匀性沉积等问题需要改进优化。此方法潜力大，有望成为工业化生产催化剂的一种方式。

高温热解法是通过在惰性（或可控气氛） 中高温加热前驱体，使其分解、碳化、重结晶或气相沉积生成具有特定活性位点的催化剂材料。可以用来制备金属氧化物、碳化物、硫化物、磷化物、硒化物等多种组分构成的催化剂。

热解法实质是高温固相反应，前驱体在高温作用下，分子层面上发生分解-重组-结晶这一过程。在不同的物相混合及气氛环境下发生不同的反应：将金属源与三聚氰胺、葡萄糖等有机碳源混合，在惰性气氛中进行高温热解可制得金属碳化物（Fe-N-C通常以此法制备）；通过高温蒸发或热解如硒粉、亚磷酸氢钠产生硒或磷的反应气氛，通过气相沉积可以值得金属硒化物或磷化物；在NH₃气氛中，高温反应可制得金属氮化物或引入吡啶氮、石墨氮活性位点；H₂这样的还原性气氛通常用来制备合金材料。高温也会促进材料的重结晶，能提升材料的导电性等性能，部分低温制得的催化剂后续都会再进行一步高温煅烧。

高温热解法具有材料结构可控、工艺兼容性强、适用范围广等优势，缺点在于能耗较高（碳化常需800^oC以上的高温）、工艺重复性差且管式气氛炉这样的设备要求较高，难以大规模生产。

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