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直接甲醇燃料电池(DMFCs)是一种新式的质子交换膜燃料电池(PEMFC),它直接以价格低廉、可再生的甲醇液体作为燃料,直接将化学能转化成电能的绿色能量转换装置。由于其燃料是液体方便且安全携带与填装,资源丰富,成本低、它反应条件温和,产物几乎零污染且整体燃料能量转换效率高、寿命长、低有害排放物,简单的后处理工艺等显著的优点,可作为一种替代不可再生化石燃料最有发展前景的可再生绿色能源。尽管,DMFCs有很多显著的优点,但是要想把它大规模商业化,仍然面临很多艰巨的挑战。目前,提高氧还原反应(ORR)电催化性能的催化剂主要途径有以下两种:一是对电催化载体的研究:二是对电催化剂种类及其制备方法的研究。本文主要针对DMFCs阴极ORR电催化剂进行研究,探究以还原氧化石墨烯(rGO)为载体的Cu基合金及其硫化物的电催化剂的制备及其在碱性介质中的氧还原性能。旨在设计与制备高活性、低成本非Pt的、耐甲醇的新型ORR催化剂。本论文主要由以下两个部分组成:第一部分:主要概述了 DMFCs的研究背景,基本结构,工作原理及性能的优缺点等。另外,对DMFCs的阴极反应机理,阴极电催化剂的研究设计,催化剂载体的种类研究进展做了详细的介绍。第二部分:研究论文,包括简易常温共还原法制备还原氧化石墨烯负载PdCu纳米催化剂及其对ORR的研究,高分散CuI衍生Cu调整PdCux/rGO纳米复合材料的制备及其优越的ORR性能的研究,一锅法制备CuCo2S4/rGO纳米复合物及其在碱性介质中对ORR性能的研究。具体内容如下:1.通过一种简易一锅的常温共还原法成功制备PdCu/rGO电催化剂。通过TEM的表征结果证明Pd-Cu合金密集均匀的负载在rGO的表面,且它们尺寸大小是5 nm。XRD图中的石墨烯和PdCu合金的衍射峰都很明显,且一一对应,说明成功的将PdCu合金负载在还原氧化石墨烯(rGO)上。通过XPS的表征更进一步的证明PdCu/rGO电催化剂由C、O、Cu、Pd四种元素组成,Pd和Cu主要以零价态存在。将制备的PdCu/rGO电催化剂在0.1M KOH溶液中分别进行循环伏安法测试、线性扫描伏安法测试及计时电流法测试,并与PdCu/XC-72和Commercial Pd/C对比。综合测试结果表明PdCu/rGO的ORR活性和稳定性优于其它的催化剂,且PdCu/rGO进行的是4e-的ORR过程。这是可能是由于PdCu纳米粒子与rGO的协同作用的结果。2.通过一种简单一锅溶剂热法成功合成PdCuxIy/rGO纳米电催化剂。此次实验的关键是KI在合成过程中能与Cu+形成少量的CuI,利用不同量的KI生成不同量的CuI会影响所形成PdCu(的原子比,进而影响催化剂的性质。利用SEM、TEM分别表征氧化石墨烯(GO)和PdCuxIy/rGO纳米电催化剂微观结构和整体形貌;XRD和XPS分别用于分析催化剂的晶体结构和用于表征样品元素的化合价态:拉曼光谱用于表征验证在合成的PdCu2I6/rGO催化剂中石墨烯的结构及其无序性。综合所有的表征结果表明在制备PdCuxIy/rGO电催化剂的过程中加入适量的KI和反应金属前驱体的量有利于使纳米粒子颗粒大小均一和分散性的提高。通过在碱性介质中ORR的性能测试表明所制备的最优原子比及KI的量的PdCu2I6/rGO催化剂具有比商业Pt/C更正的起始电位和半波电位及较强的耐甲醇的性能,说明PdCu2I6/rGO在碱性介质中具有优越的ORR催化活性。3.以Co(OAC)2和Cu(OAC)2作为金属前躯体,硫代乙酰胺(TAA)作为S源,rGO作为载体,通过简单一锅两步溶剂热法,成功的制备出CuCo2S4/rGO纳米复合物。通过XPS表征所制备的CuCo2S4/rGO电催化剂中元素的组成和表面电子状态,结果表明Cu是以Cu+和Cu2+,Co是以Co2+和Co3+,S是以金属硫化物的形式存在的,这证明CuCo2S4纳米粒子的合成。XRD图中的CuCo2S4对应的衍射峰尖锐且强烈说明该催化剂的晶形很好。将CuCo2S4/rGO纳米复合物在碱性介质中测试它的ORR性能,并将它与Commercial Pd/C对比。测试结果表明CuCo2S4/rGO表现出整体优越的ORR电催化性能,且CuCo2S4/rGO电催化剂在碱性的介质中对ORR具有很高的选择性,具有优越的抗甲醇中毒能力。