能源危机和环境污染问题日趋严重,直接甲醇燃料电池(DMFC)因具有高效、清洁以及便携等优点,备受关注。然而,“甲醇渗透”和成本问题一直阻碍着DMFC的发展,也对阴、阳极材料提出了更高的要求。核壳型纳米粒子具有核芯和壳层金属的双重理化性能,可有效增大壳层金属的表面积而使活性位增多,还可避免因核芯金属溶解造成的不稳定性,在提高贵金属利用率同时,降低了催化剂的成本,现已成为DMFC电极材料研究的热点。非晶态材料由于其表面原子的混乱排列,增大了其表面原子的配位不饱度和键位密度,从而呈现出独特的催化性能,其研究逐步应用到DMFC领域。贵金属Pt被认为是目前理想的电极材料,但其资源有限,价格昂贵。因此,引入核壳型结构和非晶态理念,探寻非Pt催化剂或提高Pt系催化剂的利用率及催化性能成为DMFC研究领域急需解决的课题。本研究在分析阴、阳极催化剂研究现状的基础上,结合目前DMFC中电极材料的研究方向,根据DMFC电极反应机理和存在问题的不同,开展了阴、阳极材料研制及其电催化性能的评估。首先研制了系列非Pt核壳型纳米粒子,然后与非晶态材料相结合,进行了不同非晶态核壳型纳米粒子的研制;结合XRD、HRTEM、EDS和XPS等手段表征了其组成、结构及形貌,并进行了其实验制备的规律性探讨;采用动电位、交流阻抗、计时电流、循环伏安以及原位红外反射光谱技术等电化学方法对纳米粒子的电催化性能进行了评价;并考察了不同元素、壳层厚度、不同原子比等因素对其电催化性能的影响,为DMFC新型电极催化剂的应用开发奠定了实验基础。本研究的主要内容和结论有:1.采用连续两步化学还原法,研制出壳层厚度可控、核芯Co为5nm的系列核壳型纳米粒子Co@M(M=Pd、Pt、Ag、Au)。相同原子比情况下,Co系贵金属核壳型催化剂的电催化活性顺序为Pd>Pt>Au>Ag;Co@Pd/C电催化实验表明,随着Pd壳层厚度的增加,其对氧还原的活性呈现先增后减的“火山型”趋势;其中CO1@Pd2/C催化剂的活性最高,氧还原峰电流密度为175.5 mA·mg-1,且对甲醇的氧化完全没有活性,是抗甲醇性能较好的阴极材料。2.采用连续两步化学还原法,研制出平均粒径约为12nm、非晶态Pt包覆的Ni@Pt核壳型纳米粒子。测试结果表明:当Ni:Pt>=10时,壳层Pt厚度仅为1～2nm,呈非晶态结构。电化学实验表明:随着Pt壳层厚度减小,含氧物在其表面的吸附能增强,其中Ni15@Pt1/C吸附能最高,活性最强;同时还具有高的抗CO毒化能力,对甲醇的氧化反应符合“双途径机理”。3.引入Fe金属元素,采用两步化学还原法,制备出近球状、非晶态Fe203为核芯的核壳型Fe203@Pt纳米粒子。当Fe/Pt原子比大于1:0.5时,壳层Pt衍射峰消失而完全非晶化。电化学测试表明:核壳型Fe203@Pt纳米粒子比E-TEK 40%Pt/C催化剂具有更好的催化性能,其甲醇氧化峰电位降低,对CO2的选择性明显提高,并可抵抗炭质中间物的影响,是较好的阳极材料。