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直接甲醇燃料电池具有能量转换效率高、绿色清洁、安全性高等优点,因此在大型动力能源和便携式能源领域具有很大的应用前景。甲醇燃料电池阴极发生氧还原反应(ORR),阳极发生甲醇氧化反应(MOR),然而自然的ORR和MOR反应动力学缓慢,需要利用催化剂加快反应速率。而目前使用较多的为铂基贵金属催化剂,但由于Pt价格高,储量少,从而限制其商业化应用。因此,研究制备高性能、低成本的阳极和阴极催化剂对于加快甲醇燃料电池发展具有重大意义。由于贵金属催化剂在催化领域有着难以替代的地位,因此,本文主要研究低铂和非铂贵金属催化剂。从尺寸入手,制备出一种小尺寸、高性能、高稳定的催化剂,并研究其电催化行为,发掘其动力学过程。Pt虽然催化性能好,但其稳定性较差,易于被毒化,因此加入Au,提高其稳定性。首先,利用一步法制备出不同比例纳米金铂负载多壁碳纳米管催化剂,经透射电镜测试发现制备的金铂纳米粒子尺寸约为3 nm,结合XRD发现金铂之间不是简单混合,而是形成合金。电化学测试研究发现,当AuPt比为1:3时,展现出最好的ORR以及MOR催化活性,通过旋转圆盘电极和旋转环盘电极研究发现,三种催化剂均是一个直接4电子氧还原过程。由于Pt价格昂贵,存量少,因此,探索无铂催化剂也是当下热点。而Au以稳定性、耐甲醇性能好的优势成为研究重点,利用一步法还原制备出纳米金负载多壁碳纳米管催化材料(Au/MWNTs),利用透射电镜测量尺寸,发现纳米金颗粒大小约为2.9 nm。电化学测试,发现该催化机理与商业Pt/C催化剂相同,即是直接4电子过程。其ORR催化性能和MOR催化活性都远超商业10%Pt/C,电催化性能虽低于商业20%Pt/C,但其耐甲醇、长时间稳定性更佳。通过红外和XPS分析,可能是由于纳米金表面配体保护的原因,循环3000圈后的样品颗粒基本无长大(3 nm)。表面该催化剂是一种电催化性能以及稳定性很好的电催化材料。为进一步降低成本,提高催化活性,制备更为低价的贵金属纳米银负载多壁碳纳米管催化剂(Ag/MWNTs),研究发现,制备的催化剂尺寸很小(3nm),电化学研究发现,其表现出令人惊异性能,与商业20%Pt/C相当,进一步研究不同负载量对其催化性能的影响。研究发现,28.1%Ag/MWNTs与39.5%Ag/MWNTs的性能相差不大,综合考虑认为28.1%负载量最合理,可能是由于该负载量下纳米银与多壁碳纳米管展现出良好的协同作用。同时,Ag/MWNTs表现出良好的耐甲醇性能以及长时间稳定性,利用旋转圆盘电极以及旋转环盘电极研究其电子转移过程,发现该催化剂还原氧是直接4电子过程。