多孔碳材料由于其发达的孔隙结构及导电、耐高温、传热、耐酸碱等优越的物理化学性能而受到人们广泛关注和应用,其中微细多孔碳纤维作为一种新的多孔碳材料,集多孔和纳米尺度于一身,可以期待其在应用中表现出更佳的性能。本论文选用一种简便新颖的微细多孔碳纤维制备方法——聚合物共混技术与静电纺丝技术相结合,成功制备出微细多孔碳纤维。将制备得到的碳纤维与商业化铂炭催化剂相混合,制备出具有复合碳载体结构的铂基催化剂,并着重对电化学催化活性及效率进行了讨论和研究。课题主要工作包括以下几个方面:1.以聚丙烯腈(PAN)作为碳前驱体聚合物(CPP),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为热解聚合物(TDP),共同溶解于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中,经静电纺丝制备纳米纤维毡。利用SEM观察共混原丝纤维毡的表面形貌,统计其直径及不均率,讨论纺丝液浓度、静电场电压、进给推速、接收极距等参数对纤维形貌及直径的影响,获得优化的电纺工艺参数,即以DMAc为溶剂,浓度为10wt.%,推速为15μL/min,静场电压为18kV,接受极距为18cm,所得纤维平均直径为199nm,不均率约为2.53%。2.在优化工艺下制备了 一系列 PAN/PMMA(70/30、80/20、90/10、100/0)共混纤维膜和 PAN/POSS(98/2、96/4、94/6)膜。发现随着 PMMA含量的增加,共混纤维直径相应减小,表面粗糙程度增加;POSS的掺入,加大了纤维表面粗糙度,而纤维直径未有明显变化。对PAN/PMMA毡膜的动态力学分析表明损耗峰随PMMA加入移向高温,同时峰变宽。3.不同含量配比的PAN/PMMA共混原丝纤维毡丙酮浸渍处理后的表面形貌表明,纤维中的PMMA相被刻蚀去除,表面均出现了孔洞,且随着PMMA在共混纤维中含量的上升,这些孔隙逐步变多、变深、变大,且呈圆柱状;同时发现,PAN/PMMA纤维经丙酮处理后纤维直径变小,而且随着PMMA含量的增加,纤维直径减小的幅度增大。4.由PAN/PMMA共混纤维经预氧化和炭化后成功制得了微细多孔碳纤维,纤维直径发生明显减小;随着共混原丝中PMMA含量的上升,微细多孔碳纤维的表面粗糙度和孔洞明显增加。预氧化和炭化处理后,由PAN/POSS共混纤维也成功制备出了微细多孔碳纤维,纤维中孔洞结构明显,且随着POSS含量的增加,纤维断面上孔洞数量增多,孔径分布变得更加均匀。5.通过对不同炭化温度下微细多孔碳纤维样品的拉曼光谱和XRD分析,发现炭化温度提高,所得微细多孔碳纤维石墨化程度增加,石墨结构趋于完善,逐步向三维有序石墨结构转变,纤维内部石墨晶相结构趋于规整,薄膜电阻率越低;碳化温度为1400℃时,薄膜电阻率已达到10以下为7.92mΩcm,具有优良的导电性。由PAN/POSS制得的微细多孔碳纤维的电阻率在19.98～26.18 mΩ cm。6.利用制得的微细多孔碳纤维与商品化铂炭催化剂(HiSPEC4000)复合得到具有复合碳载体结构铂基催化剂CCS-20,通过对不同催化剂JM-20、JM-40与CCS-20的循环伏安测试和电化学活性表面积(ECSA)计算分析表明,CCS-20的ECSA比JM-20高出了将近300 cm2/mg-Pt。比同为HiSPEC4000的铂炭催化剂JM-40高出了一倍,达到1255.8 cm2/mg-Pt。同时,线性电势扫描和阴极氧还原反应(ORR)动力学参数表明,催化剂CCS-20的起峰电位、半波电位和动力学电流密度为0.1mA/cm2时电极电位分别为0.964V、763mV、0.900V,均比JM-20和JM-40超前许多。充分说明微细多孔碳纤维的加入有效提高了催化剂的活性和ORR动力学速率。7.由催化剂CCS-20组装成的膜电极相比于JM-20、JM-40在单电池性能测试中展现出更优异的性能。CCS-20组装的膜电极功率密度比 JM-20 和 JM-40 分别高出 24.8%和 52.3%,达到 165.4mW/cm2。这是由于随着微细多孔碳纤维的加入,在电极结构中构筑了更好的电子传输通道从而有效降低欧姆极化;同时微细多孔碳纤维以短纤的形式在电极结构中构筑了三维立体疏松的网状结构,对催化剂颗粒进行二次立体分散,从而有效的提高了催化剂的利用率、反应物通量,避免了电极水淹现象。