作为一种清洁的能源转化与存储技术，直接乙醇燃料电池(DEFC)引起了科研工作者们的普遍关注。虽然目前贵金属Pt或Pd为超高效的电催化乙醇氧化反应(EOR)催化剂，但是，这些催化剂存在着易被毒化、价格高昂等问题，限制了其工业化应用。最近的研究工作表明，含非贵金属的镍铁水滑石(NiFe-LDHs)材料具有备着非凡的电催化EOR性能。然而，略显不足的电子传输能力制约着NiFe-LDHs的电催化活性。为了提升其电催化能力，研究者主要围绕如下两方面进行了工作:(1)以LDHs为前驱体制备金属氧化物、氮化物以及硫化物等材料;(2)将某些碳材料如石墨烯、碳纳米管、碳纳米点等作为LDHs的载体。如何提高LDHs基电催化剂材料的导电性能成为该领域的关键科学问题。
　　本论文基于EOR电催化剂材料导电性能的提高，研发了两类LDHs基电催化剂材料。首先采取NiFe-LDHs作为前驱体，由氢气还原处理的手段制备了新型金属氢氧化物/合金组成的限域结构纳米材料，NiFe(OH)x/Ni3Fe。采用多种理化表征方法分析了该复合纳米材料的微观结构、化学组成等。经过考察不同还原处理温度对样品材料结构及组成成分的影响，对复合纳米材料的微观过程形成机制进行了推测。同时，本论文采取碳纳米管(CNT)作为基底，利用控制不同的结晶生长时间，制备了三维类球形结构的NiFe-LDHs/CNT复合材料。研究了NiFe-LDHs在碳纳米管材料上的生长过程。最后，本文把两类LDHs基催化剂利用于DEFC阳极催化剂在乙醇氧化反应(Ethanol oxidation reaction EOR)中，探究了EOR反应与催化剂材料的构效关系。主体部分研究的内容与结果如下:
　　(1)采取基于镍铁水滑石材料的前体，由H2还原反应手段合成了NiFe(OH)x/Ni3Fe复合纳米材料。由各表征表明，粒子大小为3nm左右的Ni3Fe合金限域在低结晶度的NiFe(OH)x片层结构中。由进一步研究结果显示，当还原温度在150-200℃时，NiFe-LDHs层板间距逐渐缩小，进而开始导致层状结构开始被破坏，开始形成了复合氢氧化物结构的NiFe(OH)x。与此同时，还原析出了少量的Ni3Fe纳米合金。当氢气还原温度进一步升高到250℃，Ni3Fe纳米合金粒子变大且增多，形成了NiFe(OH)x/Ni3Fe结构。当氢气还原温度为350℃时，开始出现少量的复合氧化物NiFeOx。当温度继续提升到450℃时，生成了较大颗粒的Ni3Fe合金。
　　(2)将各个不同还原温度处理得到的NiFe(OH)x/Ni3Fe样品应用于DEFC阳极EOR反应，测试其电催化性能。实验表明各还原温度处理得到的样品都具备着强于NiFe-LDHs电化学性能。其中，性能最好的是还原温度在250℃的样品。是因NiFe(OH)x与Ni3Fe合金的相互协同作用。我们推测，NiFe(OH)x相是EOR阳极催化反应的活性位点，有利于Ni(OH)2到NiOOH的氧化活化。同时，NiFe(OH)x相提供了大量的羟基能够促进反应中间体乙酰基的脱附。Ni3Fe相在反应中起到了促进反应中电子之间转移的作用，可能有利于乙醇的分子活化解离。
　　(3)采用尿素水热法合成了三维类球形结构的NiFe-LDHs/CNT材料。表征结果表明，该复合材料的粒径约为2-4μm，呈均匀球形形貌。表征研究了不同合成反应时间NiFe-LDHs/CNT复合材料的结构特征，推测了NiFe-LDHs/CNT结构的形成过程。随着反应时间的增加，样品由不规则结构逐渐生长成为球形结构，并最终长成为均匀球形。
　　(4)将不同反应时间制备的NiFe-LDHs/CNT样品应用于DEFC反应，通过对比发现，12h合成得到的NiFe-LDHs/CNT样品具有最高的电流密度(在0.8V电位下氧化电流密度为58mA·cm-2)，并具备了极高的电催化持久稳定性。这可能是由于CNT与NiFe-LDHs之间的电子/空间协同限域作用。