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面对全球性的能源危机与环境污染,开发利用氢能资源,发展高效率、无污染的燃料电池技术迫在眉睫,但是目前常用的Pt催化剂由于其高昂的价格与低储量,限制了 PEMFCs的商业化发展。近年来,非Pt催化剂,特别是Pd催化剂,由于它们在氧还原反应中的巨大潜力而受到了极大的关注。Pd和Pt具有相似的外部电子结构与物理化学性质,而Pd与Pt相比具有储备和价格优势。研究和开发高活性与高稳定性的Pd基催化剂有重要的理论意义和实用价值,基于以上原理,本文主要研究内容如下:1.采用简单的浸渍还原法制备出掺入不同过渡金属(Co、Ni)比例的PdCoNi/C纳米颗粒,通过在氢氩混合气中高温煅烧提高纳米颗粒的合金化程度。物理表征证明所制备的Pd2CoNi/C催化剂结晶度较高,粒径较小且均匀分布在载体上,同时过渡元素的加入显著改变了催化剂表面活性位点周围的配位情况。电化学结果表明Pd2CoNi/C催化剂表面分布着较多的催化活性位点,半波电位达到0.845 V,接近于Pt/C催化剂的0.865 V,并且在反应过程中以4电子反应机理进行。2.纳米颗粒的晶体结构显著调节Pd原子的电子结构,进而影响氧还原催化活性与稳定性。为了阐述催化剂结构与催化活性之间的构效关系,采用浸渍还原法通过使用浸渍还原方法及高温煅烧制备出bcc结构的PdCu/C,PdCuFe/C和PdCuCo/C金属间化合物。旋转圆盘电极(RDE)的结果表明,面心立方结构的PdCuFe/C纳米颗粒表现出更高的质量活性(0.08 A mg Pd-1),分别为有序PdCuCo/C和PdCu/C的2.1和5倍。同时在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中有序PdCuFe/C催化剂的最大功率密度为267 mW cm-2。X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Fe在PdCu/C中的掺入可以有效地调节Pd的电子结构,从而优化ORR的氧结合能。3.采用浸渍还原法与自发的置换反应制备出多孔结构PdCu@Pt/C催化剂,通过在TEM下观察不同反应时间的催化剂,表明反应时间为6小时生成多孔结构,电化学测试表明相较于中空结构的PdCu@Pt/C与多支结构的PdCu@Pt/C催化剂,多孔结构PdCu@Pt/C由于较大的比表面积与催化剂骨架上暴露出的高指数晶面能显著提高催化氧还原效率。PdCu@Pt/C-6h的半波电位较Pt/C正移22 mV,质量活性达到了 Pt/C催化剂的8.5倍,具有优异的氧还原催化效率。稳定性测试表明由于多孔结构骨架表面的Pt层原子有效的减少了催化剂中Cu原子的溶解,经过10000圈循环伏安扫描后半波电位仅负移了 8 mV,显示出了良好的催化稳定性。