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质子交换膜燃料电池作为最有潜力的新型、清洁的环保电池倍受人们关注。在质子交换膜燃料电池的研究中,阴极氧还原反应速率远远低于阳极氧化反应的速率。因此开发价格低廉、寿命长并且化学性能好的阴极催化剂具有重要的应用价值和理论意义。碳纳米管具有良好的水分散性和高比表面积及导电性,Co可以降低催化剂的投资成本,贵金属Pt是效果最好、最常用的阴极催化剂。结合三者的特点,开发以碳纳米管为载体的合金催化剂具有重要意义。本文以纯碳纳米管、聚吡咯包覆的碳管和氮掺杂的碳纳米管为载体,采用碳热还原的方法制备Co基催化剂。综合各方面性能选择出较为优良的碳纳米管负载的Co基催化剂,然后通过控制浸渍在氯铂酸溶液中的反应条件,制备Pt-Co合金催化剂。分别研究纯碳纳米管、聚吡咯包覆的碳管和氮掺杂的碳纳米管载体对制备的Co/CNTs、Co/NCNTs@PPy和Co/NCNTs催化剂的形貌结构和电化学性能的影响;研究氯铂酸溶液体积、浸渍时间和分散剂类型对合金催化剂的形貌结构和电化学性能的影响。将制备出的Co基催化剂和Pt-Co合金催化剂同商业Pt/C性能做比较,主要结论如下:纯碳纳米管粒度大,活性位点少,分散性能差。掺氮处理后的碳纳米管引入了含N基团,具有更大的比表面积,有利于金属Co的负载和分散,能够明显增强C与Co金属之间的结合能力。Co/NCNTs催化剂的循环伏安曲线(CV)中,具有更正的氧还原峰电位(-0.15V)和更大的氧还原电流密度(1.63m A/cm2);线性扫描伏安曲线(LSV)具有更正的起始电位(-0.02V)和更大的极限电流密度。Co/NCNTs的稳定性最好。合金催化剂中具有PtCo和CoPt3结构,反应条件为12ml 60min C2H5OH时,催化剂的分散性最好,合金粒径最小。催化剂中的粒子会以Pt颗粒、Co颗粒或者球形合金的形式呈现。CV和LSV结果证明:Pt、Co具有良好的协同作用,电化学性能得到显著提高,转移电子数为3.44左右,避免了中间产物的生成。制备出的合金催化剂,可以有效抑制Co的流失,使化学性能更加稳定。合金催化剂同商业Pt/C一样都具有面心立方晶体结构。Co基催化剂转移电子数为2.80;Pt-Co合金催化剂转移电子数为3.44。Co具有强化作用,合金催化剂的氧还原能力得到了很大改善。