燃料电池具有清洁、高效的特点,发展高性能电催化材料是促进燃料电池进一步发展的必需途径。近年来,铜基纳米催化剂的在电催化方面展现出优异的应用前景。铂铜复合电催化剂可以有效提升电催化性能,并降低催化剂中铂的使用量。本文围绕PtCu合金催化剂的合成、表征以及其燃料电池相关的氧气还原反应(ORR)和甲醇氧化反应(MOR)电催化活性进行了研究,具体内容如下:1.通过两种不同的合成方法,分别得到了球形结构和空心结构的纳米催化剂,并且探究了 Cu纳米颗粒的反应时间、铂铜投入比及合成方法对催化剂结构和性能的影响。其中,发现两步法合成的PtCu纳米颗粒能减少Cu的氧化,暴露更多的合金晶面。另外,发现空心结构的PtCu纳米催化剂的电化学活性更加优异,Cu的引入可以有效的调节Pt的电子结构,进而改变Pt对氧(或甲醇)的吸附能,有利于ORR与MOR催化活性的提高。结果表明:低铂中空结构PtCu/C(PtCu-1/10)纳米催化剂,在0.9 V时的质量活性为0.55 AmgPt-1,是商业Pt/C的3.3倍;在0.9 V时的比活性为1.26 mAcm-2,是商业Pt/C的3.7倍,其较高的质量活性和比活性归因于空心结构PtCu/C(PtCu-1/10)纳米颗粒的合金效应,以及它特殊的空心结构。同时,在甲醇氧化反应过程中,PtCu/C(PtCu-1/5)催化剂表现出较强的电催化活性,该催化剂在0.59 V(vs.SCE)的甲醇氧化反应质量活性为1.6 AmgPt-1,比活性为3.5 mAcm-2,分别是商业Pt/C催化剂的2.1倍和1.5倍,同时其稳定性也优于商业Pt/C催化剂。2.成功合成了多面体凹陷结构的PtCu合金催化剂、框架结构的PtCu合金催化剂、八面体结构的PtCu合金催化剂。其中,还探索了多面体凹陷结构PtCu合金催化剂的生长过程,发现随着铂源还原时间的延长,PtCu纳米颗粒刻蚀效果愈发明显,同时形貌大小更加规整。另外,八面体结构的PtCu合金催化剂表现出优异的ORR性能,并且其ORR性能优于商业Pt/C催化剂。说明了特殊结构的催化剂既有利于传质又可以提供更多的活性位点,对催化剂的研究有参考意义。