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直接甲醇燃料电池(DMFCs)作为一种代替传统化石燃料技术的有发展前景的绿色技术,是以甲醇为原料直接将化学能转变为电能的装置,由于其储存和运输安全,来源丰富,能量转换效率和能量密度高,对环境污染较低,操作方便等优点,在便携式电源领域具有广泛的应用前景。目前,提高甲醇电催化氧化的途径主要有两种:一是对电催化剂载体的研究;二是对电催化剂种类及制备方法的研究。Pt基催化剂是最高效的甲醇氧化阳极电催化剂,本文主要针对DMFCs Pt基阳极电催化剂进行研究,通过加入第二组分制备Pt基合金及以石墨烯为载体的二元和三元Pt基电催化剂来提高DMFCs的电催化活性。本论文主要包括DMFCs Pt基阳极电催化剂的研究进展及研究论文两部分。具体内容如下:第一部分:主要概述了 DMFCs的研究背景,基本结构,工作原理及应用等。另外,对DMFCs Pt基阳极电催化剂的反应机理,种类,制备方法及应用,载体的种类及研究进展做了详细的介绍。第二部分:研究论文,包括PtNi合金催化剂的制备及其在酸性介质中对甲醇的电催化氧化性能研究,石墨烯负载PtCu合金催化剂的制备及其在酸性介质中对甲醇的电催化氧化性能研究及一步法合成石墨烯负载PtNiCu电催化剂及其在酸性介质中对甲醇电催化氧化性能的研究。具体内容如下:1.通过一步水热合成法成功制备了不同比例的PtNi合金电催化剂,并对其在酸性介质中对甲醇的电催化氧化性能进行了研究。研究表明,PtNi的原子比例为3:1时,对甲醇的电催化活性和稳定性都是最好的,其正向扫描的峰电流密度高达501 mA mg-1,并且其起始氧化电位也是最低的。然后又对Pt3Ni电催化剂进行了各种表征。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征结果表明Pt3Ni具有很好的分散性,并且颗粒大小均一,无明显的团聚现象。X-射线能量色散谱(EDS)、X-射线光电子能谱(XPS)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP)表征结果说明了催化剂是由Pt和Ni元素组成,Pt和Ni的原子比例与理论值3:1接近,并且Pt和Ni的价态主要为零价。X-射线粉末衍射(XRD)表征证明了 Pt3Ni主要是以合金的形式存在。2.以石墨烯(rGO)为载体,N,N-二甲基甲酰胺为还原剂,用NaOH的乙二醇溶液来控制溶液pH值,采用水热合成法成功制备了 PtCu/rGO电催化剂。SEM和TEM表明PtCu纳米颗粒在rGO上具有高度的分散性,并且颗粒小,无明显的团聚现象,XRD表征证明了其是以合金的形式存在的。XPS说明了 PtCu/rGO的组成元素为C、O、Pt和Cu,并且Pt和Cu的价态主要为零价。循环伏安法测试表明PtCu/rGO电催化剂对甲醇的电催化活性较好,其正向扫描峰电流密度为809 mA mg-1,是商业化Pt/XC-72电催化剂的3.9倍。另外,计时电流法的表征表明PtCu/rGO电催化剂比PtCu/XC-72和商业化Pt/XC-72电催化剂在酸性介质中对甲醇的电催化氧化的稳定性更强。3.以高度还原的石墨烯(HG)为载体,通过两步法成功制备了 PtCuNi/HG电催化剂。首先,采用水热合成法制备出具有高度分散性的PtCuNi纳米颗粒,然后,让其与HG结合,得到HG上负载的PtCuNi电催化剂(PtCuNi/HG)。SEM和TEM表明PtCuNi纳米颗粒在HG上具有高度的分散性,并且颗粒小,XPS说明了 PtCuNi/HG的组成元素为C、O、Pt、Cu和Ni,并且Pt、Cu和Ni的价态主要为零价,XRD表征证明了其是以合金的形式存在的。电化学测试结果表明,PtCuNi/HG电催化剂与PtCu/HG、PtNi/HG和商业化Pt/XC-72电催化剂相比,对甲醇的电催化氧化活性更高,稳定性更好,抗CO中毒能力更强,其正向扫描的峰电流密度高达1022 mA mg-1,并且具有最低的起始氧化电位0.25 V。