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燃料电池是一种能够将化学能直接转变成为电能的能量转换装置,因其能量转换效率高,环境污染小,比能量高,噪音低、适用性广等优点而受到广泛专注。其中,直接甲醇燃料电池(DMFC)和直接二甲醚燃料电池(DDFC)由于具有理论比能量密度高、原料来源广泛、便于储存与运输等优点而受到研究者的广泛研究。铂是燃料电池应用最为广泛的阳极催化剂,但是由于铂价格高、储量少,且容易受到中间产物的毒化进而严重阻碍了燃料电池的商业化进程。因此,需要进一步研究高效、低铂的阳极催化剂和非贵金属催化剂。本研究从解决传统燃料电池阳极催化剂活性低、稳定性差和成本高的问题入手,开展研究,系统研究了PtPd/C、PtNi/C合金在不同电解质溶液中对甲醇及二甲醚的电催化性能,并采用不同制备方法优化了TiO2在阳极催化剂载体的应用,具体研究结果如下:(1)采用乙二醇法制备了不同比例的PtPd/C合金催化剂。通过XRD、TEM对所制备的PtPd/C催化剂结构及形貌进行表征。系统研究了不同组分低铂合金催化剂分别在酸、碱性体系中对甲醇和二甲醚的电催化氧化的活性和稳定性。电化学测试结果表明酸碱体系下均为PtPd/C(1:1)催化剂对二甲醚的催化氧化性能最好,对应酸性和碱性体系中的质量比活性峰值分别是商业Pt/C催化剂的2倍和5.4倍。而对甲醇的催化活性中,所制备的催化剂在酸性体系下,PtPd/C(1:1)催化剂对甲醇的催化氧化性能最好,质量比活性峰值达到商业Pt/C催化剂的3倍。在碱性体系中PtPd/C(1:4)催化剂对甲醇的电催化氧化性能及稳定性能最好,催化效率最高,电流密度峰值是商业Pt/C催化剂的3倍,而对应的质量比活性峰值达到商业Pt/C催化剂的10倍。基于性能较好的PtPd/C催化剂,研究不同酸碱体系发现相比于酸性体系,碱性体系中PtPd/C催化剂对甲醇和二甲醚的催化性能更优,且铂含量更低。(2)采用乙二醇法制备了不同比例的PtNi/C合金催化剂。所制备的PtNi/C催化剂通过XRD对其结构进行表征。并研究了不同组分PtNi/C合金催化剂分别在酸、碱性体系中对甲醇和二甲醚的电催化活性及稳定性。研究发现,相比于商业Pt/C催化剂,在酸性体系中PtNi/C(5:1)催化剂对于甲醇和二甲醚均表现出最佳催化活性,其对二甲醚和甲醇氧化的电流密度分别是商业Pt/C催化剂的2.5倍和2倍。在碱性体系中,PtNi/C(2:1)催化剂对二甲醚的催化活性最佳,而PtNi/C(3:1)催化剂对甲醇电催化氧化活性和稳定性最好。基于性能较好的PtNi/C催化剂,研究不同酸、碱体系中的电催化性能发现在碱性体系中PtNi/C催化剂对甲醇和二甲醚的催化性能显著高于酸性体系。PtNi/C合金催化剂由于Ni具有储量大价格低的优势,从而在未来燃料电池商业化进程中具有更广泛的应用前景。(3)研究了不同制备路径对TiO2在石墨烯载铂催化剂中的影响。分别以乙二醇法制备了 RGO-TiO2为复合载体的Pt/RGO-TiO2催化剂、以光催化法制备了不同比例TiO2@Pt/rGO核壳结构催化剂,探讨了加入捕获剂、氮气和材料复合比例、加入顺序等实验条件对催化剂性能的影响。所制备的催化剂通过XRD、SEM进行结构和形貌表征,通过两种催化剂性能的对比,光催化法制备的催化剂性能优于乙二醇法。制备了不同比例TiO2@Pt/rGO核壳催化剂,在碱性条件下,分别对甲醇体系和二甲醚体系进行电催化性能测试,其中TiO2@Pt/rGO-20%的催化活性最佳。