近年来，直接液体燃料电池（DLFCs）因其高能量密度、燃料来源广泛和运行简便等优点，在便携式电源和分布式能源系统中展现出广阔应用前景。传统DLFCs依赖昂贵的质子交换膜和贵金属催化剂，导致成本高昂、稳定性受限，限制了其大规模商业化。无膜直接液体燃料电池（Membrane-free DLFCs）通过简化电池结构和降低材料成本，为实现可扩展的清洁能源转换提供了新途径。本文基于Arumugam Manthiram团队的综述，重点探讨了催化剂选择策略在推动可扩展无膜DLFCs发展中的关键作用。
无膜DLFCs的核心挑战在于如何在不使用膜的情况下有效分离燃料和氧化剂，同时维持高效的电化学反应。催化剂的选择直接影响电极动力学、选择性和耐久性。理想的催化剂应具备高活性、抗中毒能力和低成本特性。例如，对于甲醇、乙醇或甲酸等常见液体燃料，非贵金属催化剂（如过渡金属氧化物、碳基材料）和合金催化剂被广泛研究，以替代传统的铂基催化剂。这些材料通过调控电子结构和表面形貌，可增强燃料氧化反应的选择性，减少副反应和交叉问题。
催化剂设计需结合电池的整体架构。在无膜系统中，微流体结构或多孔电极常被用于物理分离燃料和电解质，而催化剂的定位和负载策略则进一步优化反应界面。例如，分层或多孔催化剂可提供更大的活性面积，促进质量传输，从而提高功率密度和稳定性。催化剂与载体（如碳纳米管或石墨烯）的协同作用也被证明能提升导电性和机械强度，延长电池寿命。
可扩展性要求催化剂具备易于合成和规模化生产的潜力。绿色合成方法，如生物模板法或溶液处理技术，正成为研究热点，以降低环境影响和成本。同时，原位表征和计算模拟（如密度泛函理论）的应用，加速了催化剂性能的预测和优化，为高通量筛选提供了理论依据。
尽管无膜DLFCs在催化剂选择方面已取得显著进展，但仍面临长期稳定性、燃料利用效率和系统集成等挑战。未来研究方向应聚焦于开发多功能催化剂，结合智能材料设计和系统优化，以实现高性能、低成本和环境友好的能源解决方案。通过精心的催化剂选择策略，无膜直接液体燃料电池有望在可持续能源领域发挥更大作用，推动清洁能源技术的普及。
