近年來，直接液體燃料電池（DLFCs）因其高能量密度、燃料來源廣泛和運(yùn)行簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電源和分布式能源系統(tǒng)中展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。傳統(tǒng)DLFCs依賴昂貴的質(zhì)子交換膜和貴金屬催化劑，導(dǎo)致成本高昂、穩(wěn)定性受限，限制了其大規(guī)模商業(yè)化。無膜直接液體燃料電池（Membrane-free DLFCs）通過簡(jiǎn)化電池結(jié)構(gòu)和降低材料成本，為實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的清潔能源轉(zhuǎn)換提供了新途徑。本文基于Arumugam Manthiram團(tuán)隊(duì)的綜述，重點(diǎn)探討了催化劑選擇策略在推動(dòng)可擴(kuò)展無膜DLFCs發(fā)展中的關(guān)鍵作用。

無膜DLFCs的核心挑戰(zhàn)在于如何在不使用膜的情況下有效分離燃料和氧化劑，同時(shí)維持高效的電化學(xué)反應(yīng)。催化劑的選擇直接影響電極動(dòng)力學(xué)、選擇性和耐久性。理想的催化劑應(yīng)具備高活性、抗中毒能力和低成本特性。例如，對(duì)于甲醇、乙醇或甲酸等常見液體燃料，非貴金屬催化劑（如過渡金屬氧化物、碳基材料）和合金催化劑被廣泛研究，以替代傳統(tǒng)的鉑基催化劑。這些材料通過調(diào)控電子結(jié)構(gòu)和表面形貌，可增強(qiáng)燃料氧化反應(yīng)的選擇性，減少副反應(yīng)和交叉問題。

催化劑設(shè)計(jì)需結(jié)合電池的整體架構(gòu)。在無膜系統(tǒng)中，微流體結(jié)構(gòu)或多孔電極常被用于物理分離燃料和電解質(zhì)，而催化劑的定位和負(fù)載策略則進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)界面。例如，分層或多孔催化劑可提供更大的活性面積，促進(jìn)質(zhì)量傳輸，從而提高功率密度和穩(wěn)定性。催化劑與載體（如碳納米管或石墨烯）的協(xié)同作用也被證明能提升導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)電池壽命。

可擴(kuò)展性要求催化劑具備易于合成和規(guī)模化生產(chǎn)的潛力。綠色合成方法，如生物模板法或溶液處理技術(shù)，正成為研究熱點(diǎn)，以降低環(huán)境影響和成本。同時(shí)，原位表征和計(jì)算模擬（如密度泛函理論）的應(yīng)用，加速了催化劑性能的預(yù)測(cè)和優(yōu)化，為高通量篩選提供了理論依據(jù)。

盡管無膜DLFCs在催化劑選擇方面已取得顯著進(jìn)展，但仍面臨長(zhǎng)期穩(wěn)定性、燃料利用效率和系統(tǒng)集成等挑戰(zhàn)。未來研究方向應(yīng)聚焦于開發(fā)多功能催化劑，結(jié)合智能材料設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)高性能、低成本和環(huán)境友好的能源解決方案。通過精心的催化劑選擇策略，無膜直接液體燃料電池有望在可持續(xù)能源領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，推動(dòng)清潔能源技術(shù)的普及。