甲酸的主要用途及在燃料电池方面的研究进展

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[摘 要]综述了目前甲酸的用途和生产工艺，并提出了其最新发展趋势，旨在为今后甲酸的应用与生产提供依据。

[关键词]甲酸；融雪剂；储氢材料；燃料电池

中图分类号：O643.36；TM911.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0344-01

甲酸又叫蚁酸，甲酸最早由J.-L.盖-吕萨克用草酸分解制得。1980年美国科学设计公司、伯利恒钢铁公司和利奥纳德公司开发成功甲醇羰基化生产甲酸的方法，并已有年产甲酸20kt的工厂投产。此外，甲酸也可由轻质油氧化制醋酸的副产物中回收获得。作为一种常用的基本有机化工原料，广泛的用于农药、皮革、染料、医药和橡胶工业。在传统的应用中，甲酸可甲酸直接用于织物加工、鞣革、纺织品印染和青饲料的贮存，也可用作金属表面处理剂、橡胶助剂和工业溶剂。在有机合成中用于合成各种甲酸酯、吖啶类染料和甲酰胺系列医药中间体。除了上述应用外，研究发现，甲酸还可以用作新型的环境友好型的道路融雪剂以防止地下水的污染。传统的融雪剂主要是NaCl，但是大量的Cl-的积累，不仅会增加土壤和水的酸度，并且还会威胁到陆生和水生的动植物的生存。使用甲酸钠替代NaCl作为环境友好的融雪剂，不仅不会对环境造成危害，并且低浓度（

甲酸还能作为一种储氢材料，在需要的时候通过适当反应就能释放出大量氢气以供使用，是氢能源的广泛使用和安全运输的稳定中间体[3， 4]。

另据报道，甲酸还可以用来制作以甲酸为基础的燃料电池（Direct Formic Acid Fuel Cell），该燃料电池直接利用甲酸为原料，通过甲酸同氧气反应生成二氧化碳和水而产生电能，可以驱动一些小型的便携设备，如手机和笔记本电脑等[5-8]。

甲酸燃料电池的电极反应式为[8]：

阳极： HCOOHCO2+2H++2e- （1.4）

E0≈-0.25V（vs.SHE）

阴极： 1/2O2+2H++2e-H2O （1.5）

E0=1.23V（vs.SHE）

总反应式：HCOOH+1/2O2CO2+H2O OCV≈1.48V （1.6）

传统的燃料电池主要以氢燃料电池和甲醇燃料电池为主。氢燃料电池的局限在于其微型氢容器的成本很高，气态的氢能量密度很低并且氢气的运输和使用具有潜在的危险；甲醇虽然具有很高的能量密度，但其电催化氧化率比氢气低很多，并且甲醇具有毒性，都为其广泛使用造成阻碍。甲酸在室温下为液体，毒性很小，并且具有比氢气和甲醇都高的电动势，因此甲酸燃料电池同氢气和甲醇燃料电池比起来具有更大的潜力和应用范围[9-10]。直接甲酸燃料电池（DFAFC），因其制作程序简单、比能量和比功率高，是新一代移动和便携式电源。该技术是将储存于甲酸和氧气中的化学能直接转换成电能的发电装置。

该种电池一旦研制成功，将能够持续提供10瓦左右的电源，那意味着能够为大多数小型家电提供电源支持。并且，直接甲酸燃料电池作为一种发电电源，与锂子电池相比，有着无需插线充电、高效、轻便等特点。待技术日臻成熟，有望在小型电源市场与锂电池一争高下。同时，甲酸燃料电池具有无毒、不易燃、储运方便和电化学活性、能量密度、质子导电率更高，对质子交换膜有较小的透过率，在较低温度下可产生较大的输出功率密度等优点，被业内专家普遍看好。此种电池若实现实用化，电子产业将成为最大的受益者。并且因其节能环保等特点，随着技术的成熟和成本的降低，甲酸燃料电池将显示出良好工业应用前景。

甲酸，作为处理二氧化碳以及将其作为化学原料进行资源化生产中具有高附加值的化学产物，由于是碳循环的附加产物，降低了生产成本，在未来对碳能源循环化，资源的多元化将会产生重要影响。

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