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C2醇（含乙醇和乙二醇）有机小分子作为燃料具有能量密度高、低毒性及生物质可再生等优点,在电化学能源存储和转化方面应用前景广阔。然而,实现能量转化所需的C2醇电氧化反应动力迟缓、电子转移数不高,致使相关燃料电池的比能量和比功率不高。同时所依赖的贵金属Pt和Pd基催化剂的质量活性和稳定性较低,严重制约了C2醇类燃料电池的实用化。目前研究表明,相对于酸性介质中的C2醇分子电氧化,碱性介质中的相关反应动力较为迅速,同时碱性介质对催化剂、载体的腐蚀性较小,而且醇分子在碱性阴离子交换膜中的渗透率低。更为重要的是,碱性介质中,Pd对C2醇电氧化具有与Pt可比拟的活性,有望替代Pt成为主催化金属。因此,在认识C2醇的氧化机理上,创制针对碱性介质的高效Pd基催化剂,对促进C2醇在清洁能源转化利用方面具有重要意义。在本工作中,首先系统比较Pt、Pd材料在碱性环境中对C2醇有机小分子的电氧化行为,明确了Pt、Pd基催化剂材料各自的优劣点。然后,以C2醇电氧化机理为指导,结合催化剂设计的一般原则,通过引入异种元素形成合金的方式,合理改性Pd基催化剂。主要研究内容如下:·碱性介质中C2醇分子在碳载Pd和Pt上电化学行为的比较为比较碳载Pt、Pd催化剂在碱性环境中对C2醇分子的电氧化特性,在本工作中设计了多组条件下的电化学测试,比较了起始氧化电位、峰电流强度等参数,发现:a)同一催化剂和相同介质中,相较于乙二醇,虽然乙醇有着更负的起始电位但更易发生中间物种的积累,氧化峰电流密度较小;b)同样介质中,与Pd/C相比,Pt/C在电催化乙二醇上表现出更好的质量和电化学面积活性,而在乙醇的电氧化中Pt/C更易遭受毒化,催化活性和稳定性不如Pd/C;c)在探究介质的pH值对C2醇电氧化的影响中,发现Pt/C和Pd/C电氧化C2醇的性能与溶液的OH-浓度呈“火山型”相关,存在最佳值。同时结合文献,对上述电化学行为做了初步分析和解释。·碳载PdB合金催化剂在碱性介质中电催化C2醇的研究基于对C2醇分子电氧化机理的理解,本研究工作中采用DMAB作还原剂和B源,利用一锅水相的方法合成了掺B量高达6.5 at.%的碳载PdB合金,同时以传统的NaBH4还原合成的Pd/C作对照组,并研究其碱性环境中对C2醇分子的电催化。结果表明,与Pd/C相比,PdB/C有着更负的起始氧化电位,明显提高电催化活性,稳定性更好。·碳载PdNiB合金催化剂的制备及碱性中电氧化C2醇的研究为进一步提高Pd基材料的应用范围,非贵金属和非金属组分掺杂的三元合金催化剂,有望更好实现对催化剂电子和几何效应的调节。我们在PdB/C的研究基础上,引入非贵过渡金属Ni,水相中合成了高效的PdNiB/C三元合金催化剂。研究表明,所得催化剂的掺B量达7.1 at.%,粒径3.8 nm,分散均匀,该催化剂相对PdB/C,NaBH4合成的Pd/C、PdNi/C,在碱性中电氧化C2醇分子表现出很好的催化活性和稳定性。综合XRD、XPS等表征测试,Ni的双功能机理以及Ni和B在电子效应与几何效应上的相互配合、协调作用是PdNiB/C性能提升的重要原因。·面向碱性乙二醇高效电氧化的Pd-Ag双金属催化剂的制备与研究在课题组前期工作中,已经通过Ag溶胶作种子在水相中合成一系列比例的碳载PdxAgy（x:y的值从2:1到1:4）的双金属催化剂,碱性下具有较好的乙二醇电催化性能,同时Pd1Ag3/C具有最好的催化活性及稳定性。我们在已有研究方法和成果上,深入探讨了PdxAgy/C的结构组成及电子状态。综合XRD、HR-TEM及XPS等表征手段,证实了碳载Pd-Ag双金属催化剂是表面富Pd的合金结构且Pd、Ag之间存在着明显的电子转移,Pd、Ag元素的晶格不匹配及置换反应的发生导致结构重整形成更小粒径的合金而不是预测的Ag核Pd壳结构。