直接甲醇燃料电池(DMFC)具有无污染、燃料来源广、能量转化率高、储存和运输方便等优点,是一种绿色能源技术。甲醇的氧化反应常在酸性介质中进行,导致甲醇在阳极上的氧化活性较低,严重阻碍着DMFC应用和发展。此外,甲醇在酸性介质中的氧化常使用Pt基金属纳米材料做催化剂,其价格昂贵,因此,提高金属催化活性的研究成为倍受关注的热点。当氧化反应在碱性介质中进行时,一方面可以降低甲醇氧化的电位,使其在较低的电位下就可以发生氧化,使氧化反应更容易进行；另一方面,某些廉价的过渡金属在酸性介质中对甲醇无催化活性,而在碱性介质中具有良好的反应活性,因此为了降低催化剂的制备成本,提高其催化活性,研究碱性直接甲醇燃料电池(ADMFC)具有重要的现实意义。本文着重于研究Pd基及Pt基催化剂对甲醇的电催化氧化性能,全文分两部分：第一部分：对DMFC的优点、在不同介质中的反应原理和DMFC中不同催化剂的制备方法及研究现状进行概述。第二部分：研究论文,其中包括新型载体的研制、使用廉价添加剂提高金属催化活性和掺杂其他元素改善载体的活性三方面,其具体研究内容如下：1.采用简单而新颖的方法制备了MnO2修饰多壁碳纳米管(MWCNTs)负载Pd纳米粒子催化剂(Pd-Mn02/MWCNTs)。用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X-射线能量色散图谱(EDS),X-射线光电子能谱(XPS)和X-射线粉末衍射(XRD)分别对催化剂的形貌、组成和晶体结构进行表征,结果表明Pd-MnO2/MWCNTs已被成功制备,且Pd纳米粒子在MnO2/MWCNTs表面具有较高的分散性。采用循环伏安法和计时电流法对Pd-MnO2/MWCNTs的电催化氧化性能进行表征,其结果表明Pd-MnO2/MWCNTs比Pd/MWCNTs和Pd/Vulcan(商用Vulcan炭黑负载Pd纳米粒子催化剂)具有更好的电催化活性和稳定性。CO溶出伏安法和交流阻抗图谱(EIS)的结果表明与Pd/MWCNTs和Pd/Vulcan相比,Pd-MnO2/MWCNTs拥有较大的电化学活性比表面积(EAS)和较小的电荷传导阻抗。2.制备了聚吡咯修饰石墨烯负载Pd纳米粒子催化剂(Pd/PPy-graphene)。用红外光谱(FT-IR)、拉曼图谱(RS)、SEM、TEM和XRD对催化剂的结构、形貌和晶体结构进行表征,EDS用于测定催化剂的元素组成,结果表明石墨烯是一种良好的催化剂载体,并且Pd纳米粒子能很好地分散在聚吡咯修饰的石墨烯表面。催化剂对甲醇氧化的活性采用循环伏安法和计时电流法进行表征,结果表明与传统商用催化剂相比,Pd/PPy-graphene催化剂对甲醇具有更高的氧化活性和稳定性。Pd/PPy-graphene催化剂的良好活性取决于其较大的电化学活性表面积(EAS),较强的导电性和电荷传导能力。聚吡咯修饰的石墨烯载体为Pd纳米粒子的沉积提供了大量的活性位点,提高了Pd纳米粒子的负载率和利用率。以上的结果均说明,与聚吡咯复合能有效地提高了石墨烯的活性,使石墨烯在电催化的研究领域将会有很好的应用前景。3.采用800℃高温煅烧聚邻甲基苯胺的方法制备了含氮的新型无定形碳(CxN)载体,其氮含量约为8.5%。用SEM、EDS、XRD和RS分别对催化剂的形貌、组成和晶体结构进行表征,结果表明Pd已成功地负载于CxN载体表面,且新型CxN载体具有较好的完整性。采用循环伏安法,计时电流法和多次循环扫描法对Pd/CxN的电催化氧化性能进行表征,其结果表明Pd/CxN比Pd/POT(聚邻甲苯胺负载Pd纳米粒子催化剂)和Pd/Vulcan具有更好的电催化活性和稳定性。Pd/CxN之所以具有较强的催化活性,是因为氮元素的存在使载体具有极性,显著提高载体的化学活性,为金属纳米粒子的沉积提供了大量的活性位点,有利于Pd纳米粒子的沉积和分散,使Pd/CxN催化剂具有较大的电化学活性表面积,在碱性介质中对甲醇氧化具有很高的催化活性和稳定性,表明CxN在直接甲醇燃料电池研究中是一类很有潜力的催化剂载体。4.采用简单方法使硫和氮元素掺杂于MWCNTs中,再于溶液中以硼氢化钠为还原剂还原PtCl62-从而制备花状Pt纳米催化剂((Pt/SN-MWCNT)。采用元素分析对Pt/SN-MWCNT进行元素分析,结果表明硫和氮元素成功地掺杂于MWCNTs中。采用SEM、TEM和XRD分别对催化剂的形貌和晶体结构进行表征,结果表明花状Pt纳米粒子成功地负载于SN-MWCNT载体表面。使用循环伏安法和计时电流法对催化剂的活性进行表征,其结果表明Pt/SN-MWCNT具有较大的电化学活性表面积,并对甲醇氧化具有很高的催化活性和稳定性。这种花状Pt纳米催化剂之所以具有较好的电催化活性,是因为硫和氮元素掺杂于MWCNTs中,提高了Pt纳米粒子在其表面的分散性,使Pt/SN-MWCNT催化剂具有较大的电化学活性表面积。