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直接甲醇燃料电池(DMFC)因能量转换效率与比能量较高,甲醇来源丰富,洁净环保,可低温快速启动的优势,使其可成为未来便携式产品应用的主流。目前DMFC的能量转换效率和功率密度与理论值存在差异,究其根本,是因为催化剂活性和稳定性达不到理想要求。明确催化机理对催化剂的发展至关重要。催化机理的研究可为提高催化剂性能,改进催化剂制备方法提供理论依据。PtRu合金是目前公认稳定性、电化学活性最好的合金催化剂之一,但其电催化甲醇氧化的机理一直存在争议,阻碍了催化剂研究的进一步发展。目前研究者们主张双功能机理或主张电子效应机理,虽然这两种机理从不同的角度出发,能够阐明Pt基纳米合金的一些实验现象,各有一定的说服力,但也都存在不能说明的问题。因此本论文对PtRu合金催化剂电催化氧化甲醇催化机理做了进一步探索,并提出PtRu合金催化剂电催化氧化甲醇是电子效应与双功能机理协同作用,对Pt基纳米金属新型催化剂的研发提供新的依据。本文采用液相还原法和两步化学还原法分别制备了直径相近、Pt/Ru原子比例不同的合金型PtRu/C和核壳型Ru@Pt/C催化剂,通过XRD、TEM、EDS、XPS等物理技术手段,对催化剂的晶体结构、表面元素组成进行了物理表征,说明两种催化剂中Pt、Ru原子间的电子效应的存在及其强度。通过CV、EIS、CA等测试手段对催化剂的电化学性能进行了表征。对比分析表征结果,进一步探究了合金型PtRu/C催化剂电催化氧化甲醇的催化作用机理。TEM表征,EDS,XPS实测催化剂Pt/Ru原子比以及0.5 mol/L硫酸溶液中的循环伏安曲线共同说明,制备的两类催化剂均为球形,粒径约9~11nm,Ru@Pt/C催化剂为核壳结构,Pt Ru/C催化剂为合金结构。XRD结果显示,Pt0.33Ru1/C中Pt原子呈非晶态结构,Pt0.5Ru1/C中Pt原子存在非晶态结构趋势,Ru1@Pt0.33/C中Pt原子形成微晶薄膜。通过分析XRD和XPS的结果推断出两种催化剂均存在电子效应。Pt原子呈晶态结构时,随Pt原子比增大,两种催化剂电子效应强度均减小,其中Pt1Ru1/C,Ru1@Pt0.5/C在各自体系中电子效应强度最高,相同Pt/Ru原子比下,两种催化剂电子效应近似相同。循环伏安、交流阻抗、计时电流测试结果说明,当Pt原子呈晶态结构时,随Pt原子比增大,两种催化剂催化活性均减小,Pt1Ru1/C,Ru1@Pt0.5/C催化剂在各自催化体系中性能最佳,这与电子效应强度随Pt原子比增大而减小的变化规律相一致。当Pt原子呈非晶态或微晶结构时,两种催化剂催化性能减弱。PtRu/C催化剂催化甲醇氧化反应级数大于Ru@Pt/C催化剂,证明两种催化剂催化机理不同。相同Pt/Ru原子比下,PtRu/C催化剂催化性能远优于Ru@Pt/C催化剂,两者电子效应近似相同,证明PtRu/C催化剂存在Pt、Ru活性位的“双功能活性中心”促进作用。综合以上实验结果本论文得出以下观点:PtRu合金催化剂电催化氧化甲醇是电子效应与双功能机理协同作用。