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直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cells,DMFCs)因其系统结构简单,运行温度低,比能量密度高和环境友好等一系列优点,成为目前研究最多且最接近商业化的燃料电池之一。DMFCs的工作效率和使用寿命直接取决于其电催化剂的催化活性和稳定性。碳载铂催化剂(Pt/C)催化剂作为商业催化剂存在着一些问题,如载体易氧化坍塌,电池工作过程中Pt颗粒的迁移团聚等会导致催化剂活性降低甚至失活,从而大大降低了燃料电池的工作效率。针对载体易氧化坍塌以及铂的迁移团聚导致的催化剂失活问题,本文提出使用热稳定性和化学稳定性极高的sp3键合的纳米金刚石(nanodiamond,ND)作为基础载体,在其表面沉积或修饰各种金属化合物层。一方面,ND核芯具有优秀的稳定性,另一方面,金属化合物层可以Pt纳米颗粒然形成一定的键合作用或者较强的结合力,从而有效锚定Pt纳米粒子,从而得到具有高稳定性的燃料电池电催化剂材料。1)在ND表面通过微波水解法沉积纳米Ti O2粒子,得到Ti O2/ND并以此作为载体使用微波还原乙二醇法制备铂催化剂。透射电子显微镜(TEM)结果表明,Ti O2和Pt纳米颗粒高度分散于ND表面。电化学实验结果表明,Pt/Ti O2/ND催化剂对甲醇氧化反应(methanol oxidation reaction,MOR)的催化活性与Pt/C催化剂相当,远高于原始纳米金刚石负载铂催化剂(Pt/ND)。在硫酸中的加速老化测试(ADT)结果表明,Pt/Ti O2/ND催化剂的稳定性明显优于Pt/C和Pt/ND。2)为了进一步提高Ti O2/ND载体的导电性,将ND粉体置于1300°C进行2h真空热处理,从而得到石墨化ND(GND),随后在GND表面依次沉积Ti O2和Pt,获得Pt/Ti O2/GND催化剂。Pt/Ti O2/GND表现出对MOR以及阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)良好的催化活性。经过0.4~1.0 V电势范围5500圈ADT测试后,由于载体的高稳定性和Ti O2层与Pt的强作用力,Pt/Ti O2/GND催化剂表现出优秀的耐久性。3)将Ti O2/ND在氮气环境中进行热处理使Ti O2转变为Ti N从而获得核壳结构的Ti N/ND并以此为载体制备Pt/Ti N/ND催化剂。电化学结果显示Ti N/ND载体表现出比碳黑优秀的稳定性,同时还具有比ND大的背景电流密度。Pt/Ti N/ND表现出了对MOR和ORR良好的催化活性,同时由于载体粗糙表面对Pt颗粒的锚定作用以及Ti N与Pt的相互作用,使Pt/Ti N/ND具有更高的稳定性。4)在真空条件下加热ND,Ti Cl3和Ti H2的混合物,制备得到外延Ti C/ND,并以此为载体负载铂得到Pt/Ti C/ND催化剂。由于Pt和外延Ti C层的协同效应,Pt/Ti C/ND表现出了对MOR和ORR良好的催化活性。此外,Pt/Ti C/ND在酸性底液中表现出了良好的耐久性,这是因为载体的ND核拥有优秀的化学稳定性,且外延Ti C层对Pt颗粒的锚定作用减缓了载体表面Pt的迁移和团聚。微波加热多元醇法以及氢气高温还原制备了外延WC/ND载体材料,其负载的Pt/WC/ND催化剂对MOR以及ORR表现出良好的催化性能,同时由于载体优秀的稳定性以及WC层的锚定作用,表现出了优秀的稳定性。