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保护环境、节约资源是我国的基本国策,将经济可行性与环境可持续性相结合的发展模式是我们一直以来不断探索并坚持的。直接甲醇燃料电池(DMFC)因具有启动速度快、运行温度低、体积小、便携、结构简单、能量转化率高、环境友好等优点,具有良好的市场前景。但是在实际应用中DMFC存在电解质的欧姆损失和电极动力学不足,导致实际的电压和能量转换效率都有较大程度的降低,这些问题阻碍着DMFC的发展。经研究发现这些问题可以通过在电极侧加入合适的催化剂来解决,这就包括阴极催化剂的选择。选择性能优良的催化剂能够极大的影响DMFC的性能和成本。本文制备了两种具有接近Pt/C的氧还原性能,但优于Pt/C耐久性和甲醇耐受性的ORR催化剂。并采用X-射线光电子能谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM)等对催化剂进行了物理化学表征,采用线性伏安扫描测试(LSV),旋转环盘电极测试(RRDE)等对催化剂进行ORR电化学性能和甲醇耐受性的测试。本文通过简单的一锅法和高温碳化法,以膨胀石墨(EG)为碳载体,ZIF-8为氮源,PVP为粘合剂成功制备了无金属的氮掺杂分级多孔Z8-NCF-P/EG碳骨架用作酸性条件下DMFC的阴极ORR催化剂。通过改变ZIF-8的负载量,探究其负载量对催化剂形貌和性能的影响。通过一系列测试得出Z8-NCF-P/EG-10(EG:ZIF-8:PVP=1:10:10)具有最大的BET表面积,最好的微观形貌,最多的活性位点,同时也具有最好的ORR性能,甲醇耐受性和耐久性。EG赋予了催化剂耐酸性和高导电性,且有助于ZIF-8的均匀分散,防止其堆叠;ZIF-8有助于催化剂形成微介孔结构,提供了大量传质通道;N的有效掺杂提供了大量的活性位点;PVP作为粘合剂使EG与ZIF-8紧密结合,碳化后生成薄碳层保护ZIF-8的完整性,还具有防止甲醇渗透的作用。以上特点的协同效应使Z8-NCF-P/EG-10具有最好的ORR性能和良好的耐甲醇性以及耐久性。此外,我们将ZIF-8替换为Z8@Z67,用同样的方法制备了具有空心结构的H-Z67-NCF-P/EG催化剂用于酸性条件下DMFC的ORR反应。经过测试得出H-Z67-NCF-P/EG-10具有良好的ORR性能,甲醇耐受性和耐久性。这与其Co,N共掺杂的多孔空心结构有关。PVP和惰性气氛的高温热解促进了空心结构的形成。Co、N共掺杂入碳骨架形成大量CoN_x活性位点,空腔和介孔为活性位点提供附着点,且有效促进氧气的传递和质量传输。Co的存在还促进了在催化剂表面CNT的形成,为催化剂的导电性和大比表面积做出贡献。EG的存在起到提高催化剂导电性和耐酸性的作用,并且能够防止甲醇渗透。以上特点的协同效应最终造就了H-Z67-NCF-P/EG-10催化剂的优异性。