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开发新型的催化剂载体是提高直接甲醇燃料电池(DMFC)催化剂性能、促进DMFCs走向实用化的有效途径之一。本论文以碳纳米管(CNTs)和碳纳米纤维(CNFs)等一维纳米结构碳为载体,重点研究了如何调控载体的纳米结构以提高DMFC催化剂的性能。研究了DMFC阴极Pt/C和阳极PtRu/C催化剂的多元醇还原制备方法。以Vulcan碳黑为载体制备了不同尺寸分布的Pt纳米颗粒,发现了Pt对电化学活性面积的反常尺寸效应。进一步研究了多元醇还原法制备PtRu/C催化剂过程中反应温度对PtRu纳米颗粒的成分分布、结构和催化性能的影响。首次提出了掺杂五元环缺陷的竹节状CNTs(BCNTs)在DMFC催化剂载体中的应用。发现五元环缺陷能在较温和的氧化条件下形成丰富的表面含氧官能团,增强了载体与金属颗粒的作用。以BCNTs为载体制备了均匀分散的Pt纳米颗粒,作为DMFC阴极催化剂在30℃下显示出较好的性能。制备了高金属含量(60 wt%)的PtRu/BCNT阳极催化剂,显著提高了DMFC性能。探讨了载体的表面含氧官能团对DMFC阳极和阴极催化剂性能的不同影响。采用化学气相沉积法制备了不同氮含量的氮掺杂CNTs(N_xCNTs),研究了氮含量对N_xCNTs结构的影响。以多元醇还原法制备了PtRu/N_xCNTs催化剂,发现较少的氮含量(约1 at.%)即可促进PtRu颗粒较均匀地分散,从而提高了DMFC阳极性能;氮含量增加至约8 at.%时,由于N_xCNTs的导电性下降,引起DMFC阳极性能下降。N_xCNTs为载体的阴极Pt催化剂没有显示出更好的催化活性,相反,较多的氮含量引起DMFC阴极性能显著地下降。以热处理的CNFs为载体,研究了CNFs的表面重构对阴极Pt催化剂性能的影响。经900℃热处理的CNFs,其表面的石墨边缘重构成单壁纳米回路,并在循环伏安测试中引起氧的表面扩散,提高了Pt对氧还原反应的催化性能。高温石墨化处理的CNFs,由于具有优异的导电性能,同时表面重构形成的多壁纳米回路能保持Pt纳米颗粒的均匀分散,显著提高了DMFC阴极性能。