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当前,质子交换膜燃料电池(H2-PEMFC)所用的催化剂为Pt/C催化剂,在燃料电池的长时间运行过程中,会因碳载体的腐蚀,Pt溶解、Pt迁移团聚及Pt中毒等原因而逐渐退化,这是导致PEMFC目前尚不能商业化应用的重要原因之一。因此,研制高活性,长寿命的PEMFC催化剂成为这一领域的热点和具有挑战性的课题,是关系到PEMFC能否商业化应用的头等大事。针对目前商业化Pt/C催化剂稳定性较差的缺点,本课题设计了Au^Pt/SH-MWCNTs催化剂,希望能利用巯基强的化学键和力和Au对Pt的修饰作用提高催化剂的稳定性。本文首先制备了Au^Pt/SH-MWCNTs催化剂。Au^Pt/SH-MWCNTs催化剂的制备方法如下:首先巯基化多碳纳米管,然后用乙二醇回流法依次将HAuCl4和H2PtCl6依次还原沉积到巯基化的多壁碳纳米管上,最后对新制的催化剂在H2气气氛中150℃下热处理1h。实验证明了该催化剂不但活性高,而且稳定性好。采用循环伏安加速寿命实验和TEM方法研究催化剂的稳定性发现:Au^Pt/SH-MWCNTs催化剂在1500次循环伏安测试前后循环伏安图(CV)变化较小,电化学活性表面积(ESCAs)仅下降了19%,而相同条件下Johnson Matthey Pt/C(40 wt.%)催化剂CV图变化却较大,ESCAs下降了75%。循环伏安前后的透射电子显微镜照片并没有显示出明显的Au^Pt纳米粒子团聚现象,而商业化催化剂的团聚现象严重。上述实验结果证明:Au^Pt/SH-MWCNTs催化剂的稳定性要好于Johnson Matthey Pt/C(40 wt.%)。最后,本文还结合实验,采用密度泛函方法模拟计算了巯基化碳纳米管和Au对增强Au^Pt/SH-MWCNTs催化剂稳定性的量子化学原因。结果表明,虽然S本身对Pt不能提供较C更大的锚定作用,但S能增强近S位C对Pt的锚定和吸附作用,并能改变载体表面的电子密度分布,使Pt簇构型发生形变而减弱Pt-Pt间的相互作用,降低Pt簇模型的团聚;近S位C原子对Pt的强相互作用也能有效的抑制Pt在S-SWNTs表面的迁移,Pt-Pt间的弱相互作用也使得Pt簇在S-SWNTs上的团聚活化能较纯SWNTs更大,变形活化能也有所增加。说明S-SWNTs能有效抑制催化剂的迁移团聚长大,利于增强催化剂的稳定性。而Au对增强Pt催化剂稳定性的贡献主要是由于经Au修饰的Pt纳米簇具有更负的d带中心,更低内聚能降低,更小的M-M的键能。因此,金簇修饰后的Pt催化剂中的Pt原子比未经金簇修饰的Pt催化剂具有更高的配位数,更低的表面能,更高的氧化电位,可抑制Au^Pt纳米簇的团聚,具有更高的稳定性。