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质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效和洁净等突出优点,是最有发展前途的一种电池,可广泛用于移动电源和便携式电源。目前普遍采用的Pt/C电催化剂以及膜电极(MEA),作为PEMFC的关键材料与技术,其价格昂贵且性能有限,成为制约PEMFC实现产业化和商业化的主要因素,所以对PEMFC电催化剂以及膜电极的研究,具有重要的实用价值和理论意义。本文提出和研究了制备Pt/C电催化剂的一种新型反胶束法。由于采用更为科学的工艺路线,可以制得粒径细小、分布均匀、结晶度较低和电催化活性更高的Pt晶粒,而且与原工艺相比,所制备的Pt/C电催化剂的实用性能显著提高。采用多种先进的测试方法,对反胶束体系的形成、Pt/C电催化剂的制备以及表征进行了全面的研究和优化。重点考察和研究了该方法的关键技术和影响因素,包括表面活性剂的种类、水与表面活性剂的摩尔比、表面活性剂的浓度、H2PtCl6水溶液的浓度、还原反应方式等对所制备的Pt/C电催化剂的物理化学性能以及电化学性能的影响。将采用新型反胶束法制备的Pt/C电催化剂,与代表世界先进水平的JohnsonMatthey公司商品化的催化剂进行了全面的性能对比,结果表明自制催化剂具有较高含量的Pt(111)晶面、较大的孔体积、比表面积和孔直径,在电催化活性与MEA工作性能方面,均与进口催化剂接近。采用新型反胶束法,通过改变水与表面活性剂的摩尔比以及表面活性剂的浓度,实现了对Pt/C电催化剂中Pt晶粒粒径的有效调控(3-8nm)。研究了Pt/C电催化剂中Pt晶粒的粒径对其电催化性能的影响,结果表明:作为阴极氧还原反应(ORR)电催化剂时,随着Pt晶粒粒径的降低,电催化活性和MEA的工作性能逐渐提高;而作为阳极电催化剂时,其粒径对电催化活性和MEA工作性能的影响甚小。揭示了Pt晶粒粒径效应的可能作用机理,研究发现,随着Pt/C电催化剂中Pt晶粒粒径的减小,其相对结晶度逐渐降低,晶体表面缺陷增多,同时ORR峰电流增大,峰电位正移,Pt的电化学比表面积增大,导致电化学反应电阻减小,电催化活性提高。在控制Pt晶粒粒径的条件下,研究了Pt/C电催化剂中Pt的含量对其电催化性能以及MEA工作性能的影响,研究发现,当Pt含量为30%时,Pt/C电催化剂具有较大的电化学比表面积,所制备的MEA也具有较高的工作性能。采用电化学阻抗谱(EIS)研究了PEMFC膜电极的一些运行条件对其工作性