直接甲醇燃料电池(DMFCs)是以甲醇为燃料,直接以电化学反应的方式将甲醇分子与氧反应的化学能转化成电能的装置,由于其对环境的污染较小,成本相对较低,能量密度和能量转换效率高,结构简单,操作方便,可靠等优点,受到人们广泛关注。从热力学上看,甲醇的电催化氧化是一个容易发生的反应,但实际上,该反应过程复杂,是一个动力学缓慢过程。电催化剂是提高甲醇电催化氧化性能的关键,对其的研究方向主要有两种:一是对电催化剂的种类及制备方法的研究;二是对电催化剂载体的研究。本文主要针对DMFCsp阳极电催化剂进行研究,通过改进的Hummers法合成氧化石墨烯,并以其作为石墨烯的前驱体,运用不同的合成方法合成石墨烯负载的PtCu系列合金催化剂,并进行甲醇的电催化氧化性能研究。本论文主要由DMFCsp阳极电催化剂的研究进展及研究论文两部分组成,具体内容如下:第一部分:主要概述了 DMFCs的组成结构,优缺点,工作原理及其应用等。另外,对DMFCs的阳极电催化剂的研究进展进行了详细介绍,包括电催化剂的作用机理,种类及常见的制备方法,载体石墨烯的制备方法及功能化等。第二部分:研究论文,包括一步法合成石墨烯负载PtCuy催化剂及其对甲醇的电催化氧化性能研究,高效微波辅助合成三维氮掺杂石墨烯网状结构负载的PtCu合金纳米粒子及对甲醇电催化氧化性能的研究,水热法合成PtCoCu电催化剂及对甲醇电催化氧化性能的研究。具体内容如下:1.通过简易、高效的一步水热法制备出具有出色性能的石墨烯(rGO)负载PtCuy(y=1,2,3)合金纳米粒子电催化剂,实验操作过程简便,催化剂的合成产率高,分散性好。通过透射电子显微镜观测样品的形貌成分和微观结构,X射线粉末衍射对晶体结构进行表征、X射线光电子能谱分析催化剂中金属的化合价态、催化剂中的金属比例用电感耦合等离子体法进行确定,rGO的还原程度用拉曼光谱、X射线光电子能谱、电导率进行研究。使用循环伏安法、CO溶出伏安法和计时电流法进行电化学表征,研究结果表明,在Pt中掺入Cu,显著的提高了 Pt对甲醇氧化的电催化活性,该PtCuy/rGO催化剂与纯Pt/rGO相比,具有更负的起始氧化电位,更高的质量比活性,更强的结构耐久性以及更显著的抗CO中毒能力。且PtCuy/rGO催化剂中,PtCu2/rGO表现出最高的电催化活性。Cu对Pt的促进作用机理是基于电子修饰作用进行说明的。通过与Cu形成合金,适当的改变Pt的电子结构,从而大幅度提升已制得的催化剂的催化性能。此外,rGO良好的性能不仅有利于纳米电催化剂表面积进行电子转移,而且可以增强反应物质量传送效率。得到的PtCu2/rGO催化剂,由于其独特的催化性能和简单可控的制备方法使其在DMFCs中作为阳极催化剂具有极大的应用潜力。2.通过两步法合成了三维氮掺杂石墨烯负载的PtCu合金纳米粒子电催化剂(PtCu/3D N-G)。首先,三维氮掺杂石墨烯(3D N-G)成功地通过一步经济并且环保的水热方法合成。在这个三维结构中,部分还原的石墨烯,水分子和Ni2+分别作为框架、填充物和连接物。然后,PtCu合金纳米粒子通过高效微波辅助合成的方法成功合成并有效沉积在3D N-G上。此外,所制备PtCu/3DN-G电催化剂的形貌,组成,结构和对甲醇的电催化研究通过透射电子显微镜,扫描电子显微镜,X射线粉末衍射,X射线光电子能谱,循环伏安法和计时电流法进行表征。研究表明,PtCu/3DN-G电催化剂比其它负载在石墨烯及XC-72炭黑的催化剂在酸性溶液中对甲醇的电催化氧化表现出更好的催化活性,稳定性和抗CO中毒性。这些突出的性能可能是由于独特的内部交联的三维多孔石墨烯网状结构,N掺杂效应,金属纳米粒子和3D N-G之间的强烈的键合作用以及通过合金修饰后的Pt状态的改变共同影响的。3.将硼氢化钠还原处理的氧化石墨烯在-50℃下冷冻干燥制备得到石墨烯(G),并以其为载体与以CuCl2·2H2O、H2PtCl6和CoCl2·6H20为原料、油胺为还原剂,油酸做结构导向剂通过一步法制备出的PtCoCu合金纳米粒子进行混合,从而得到了石墨烯负载的PtCoCu电催化剂(PtCoCu/G)。透射电子显微镜和扫描电子显微镜的表征结果显示G上负载的PtCoCu纳米粒子分散均匀,X射线粉末衍射证明其主要是以合金形式存在。电化学测试结果表明,PtCoCu/G较之PtCu/G,PtCo/G,商品化Pt/C对甲醇的电催化氧化表现出较高的催化活性和催化稳定性。这可能是由于三元合金比二元合金之间的协同作用更强一些造成的。