Abstract Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy directly into electrical energy with high efficiency. The high cost of platinum catalysts and sluggish reaction kinetics are the main challenges in the development of low-temperature fuel cells. Although significant efforts have been made to prepare effective non-precious-metal-based oxygen reduction reaction (ORR) catalysts, suitable anodic catalysts are still far from realization. The reported onset potential of a nonprecious anodic catalyst toward low-molecular-weight hydrocarbons, such as methanol, ethanol, and urea, in alkaline media is approximately 0.35 V (vs. Ag/AgCl), which is far from the theoretical potentials of −0.61, −0.54, and −0.55 V (vs. Ag/AgCl), respectively. Therefore, some researchers concluded that nonprecious anodic catalysts are not practical, taking into account the ORR potential of 0.2 V (vs. Ag/AgCl) in alkaline media. Recently, however, several reports demonstrated an open-circuit voltage (OCV) of more than 0.8 V using non-precious-metal-based anodic catalysts, which contradicts expectations. Therefore, to answer these conflicting claims, this review intensively discusses the possibility of using nonprecious metals, for example Ni-based catalysts, for actual electricity generation in direct (methanol, ethanol, and urea) fuel cells, and the different methods applied to achieve the highest values of OCV. Also, the progress done in the preparation of nonprecious anodic catalysts is reviewed. Finally, conclusions and recommendations to prepare durable and active fuel cells using non-precious-metal-based anodic catalysts are presented.

中文翻译：

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用于低分子烃燃料电池的非贵重阳极催化剂：理论考虑和当前进展

摘要 燃料电池是一种将化学能直接高效转化为电能的电化学装置。铂催化剂的高成本和缓慢的反应动力学是低温燃料电池发展的主要挑战。尽管已经为制备有效的非贵金属基氧还原反应 (ORR) 催化剂做出了重大努力，但合适的阳极催化剂仍远未实现。据报道，在碱性介质中，非贵重阳极催化剂对低分子量碳氢化合物（如甲醇、乙醇和尿素）的起始电位约为 0.35 V（相对于 Ag/AgCl），这与 - 的理论电位相去甚远。分别为 0.61、-0.54 和 -0.55 V（相对于 Ag/AgCl）。因此，一些研究人员得出结论，非贵重的阳极催化剂不实用，考虑到碱性介质中 0.2 V（相对于 Ag/AgCl）的 ORR 电位。然而，最近有几份报告表明，使用非贵金属基阳极催化剂的开路电压 (OCV) 超过 0.8 V，这与预期相矛盾。因此，为了回答这些相互矛盾的主张，本综述深入讨论了使用非贵金属（例如镍基催化剂）在直接（甲醇、乙醇和尿素）燃料电池中实际发电的可能性，以及用于实现的不同方法OCV 的最高值。此外，还回顾了在非贵重阳极催化剂的制备方面取得的进展。最后，提出了使用非贵金属基阳极催化剂制备耐用和活性燃料电池的结论和建议。Ag/AgCl) 在碱性介质中。然而，最近有几份报告表明，使用非贵金属基阳极催化剂的开路电压 (OCV) 超过 0.8 V，这与预期相矛盾。因此，为了回答这些相互矛盾的主张，本综述深入讨论了使用非贵金属（例如镍基催化剂）在直接（甲醇、乙醇和尿素）燃料电池中实际发电的可能性，以及用于实现的不同方法OCV 的最高值。此外，还回顾了在非贵重阳极催化剂的制备方面取得的进展。最后，提出了使用非贵金属基阳极催化剂制备耐用和活性燃料电池的结论和建议。Ag/AgCl) 在碱性介质中。然而，最近有几份报告表明，使用非贵金属基阳极催化剂的开路电压 (OCV) 超过 0.8 V，这与预期相矛盾。因此，为了回答这些相互矛盾的主张，本综述深入讨论了使用非贵金属（例如镍基催化剂）在直接（甲醇、乙醇和尿素）燃料电池中实际发电的可能性，以及用于实现的不同方法OCV 的最高值。此外，还回顾了在非贵重阳极催化剂的制备方面取得的进展。最后，提出了使用非贵金属基阳极催化剂制备耐用和活性燃料电池的结论和建议。一些报告表明，使用非贵金属基阳极催化剂的开路电压 (OCV) 超过 0.8 V，这与预期相矛盾。因此，为了回答这些相互矛盾的主张，本综述深入讨论了使用非贵金属（例如镍基催化剂）在直接（甲醇、乙醇和尿素）燃料电池中实际发电的可能性，以及用于实现的不同方法OCV 的最高值。此外，还回顾了在非贵重阳极催化剂的制备方面取得的进展。最后，提出了使用非贵金属基阳极催化剂制备耐用和活性燃料电池的结论和建议。一些报告表明，使用非贵金属基阳极催化剂的开路电压 (OCV) 超过 0.8 V，这与预期相矛盾。因此，为了回答这些相互矛盾的主张，本综述深入讨论了使用非贵金属（例如镍基催化剂）在直接（甲醇、乙醇和尿素）燃料电池中实际发电的可能性，以及用于实现的不同方法OCV 的最高值。此外，还回顾了在非贵重阳极催化剂的制备方面取得的进展。最后，提出了使用非贵金属基阳极催化剂制备耐用和活性燃料电池的结论和建议。本综述深入讨论了使用非贵金属（例如镍基催化剂）在直接（甲醇、乙醇和尿素）燃料电池中实际发电的可能性，以及用于实现最高 OCV 值的不同方法。此外，还回顾了在非贵重阳极催化剂的制备方面取得的进展。最后，提出了使用非贵金属基阳极催化剂制备耐用和活性燃料电池的结论和建议。本综述深入讨论了使用非贵金属（例如镍基催化剂）在直接（甲醇、乙醇和尿素）燃料电池中实际发电的可能性，以及用于实现最高 OCV 值的不同方法。此外，还回顾了在非贵重阳极催化剂的制备方面取得的进展。最后，提出了使用非贵金属基阳极催化剂制备耐用和活性燃料电池的结论和建议。