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直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量转换效率高、环境友好、低温启动速度快、燃料甲醇易输运且来源广泛、电池结构简单等优点,在便携式电源等方面有广阔应用前景,因而备受关注。其核心是高性能的电催化剂,到目前为止,最常用的Pt/C催化剂的活性高,但存在稳定性差、抗CO中毒能力低等不足。就阴极氧还原(ORR)而言,还存在抗醇能力差的不足,因此,开发催化活性高、抗CO中毒和抗醇能力强、稳定性好的Pt基催化剂尤显重要。人们发展了Pt单原子化、合金化和包裹这三种策略提高其抗醇性能。我们课题组开发出了具有高比表面积、微孔-介孔-大孔共存、高导电性等特征的空心碳基纳米笼。利用其约0.6 nm的微孔和空心纳米笼状结构特征,本论文围绕碳基纳米笼包裹铂催化剂的设计、可控合成及抗醇ORR性能开展了较为系统深入的研究工作,主要进展包括：1.可控地制备出碳基纳米笼包裹或负载的铂催化剂：以具有三维分级结构的碱式碳酸镁为前驱物,苯或吡啶为碳源,制备出具有高比表面积、高导电性、微孔-介孔-大孔共存等特征的三维分级结构碳纳米笼(CNC)和氮掺杂CNC(NCNC)。利用简单的真空-填充方法,将约1.3 nm的Pt粒子填装到CNC和NCNC的纳米空腔内,可控地制备出具有包裹结构的Pt@CNC与Pt@NCNC催化剂。借助微波辅助乙二醇还原法,将约2.6 nm的Pt粒子负载在CNC和NCNC的纳米笼外表面,可控地制备出负载型的Pt/CNC与Pt/NCNC对照组催化剂。2. Pt@CNC 与 Pt@NCNC具有优异的ORR活性、稳定性和抗醇性能：Pt@CNC与Pt@NCNC均展现出了良好的ORR活性,如Pt@NCNC的起始电位为650mV (vs.Ag/AgCl),略低于对照组Pt/NCNC和商业Pt/C的680 mV；二者均表现出完全的抗醇性能,而Pt/C和对照组催化剂完全不抗醇；二者均表现出远优于Pt/C和对照组催化剂的ORR稳定性。通过CO2扩孔和再沉积碳层封孔的方法调变纳米笼壁上微孔的尺寸和数量,发现：当微孔尺寸变大时,Pt@NCNC的ORR性能提高而抗醇性能劣化；当微孔尺寸和数量减小,其ORR性能呈下降趋势,最终与NCNC载体的ORR性能相当。可见,微孔对Pt@NCNC催化剂的电化学性能起关键作用。换句话说,纳米笼壁上的约0.6nm的微孔具有分子筛分效应,允许尺寸相对较小的氧分子和离子通过笼壁进入纳米空腔,而阻碍大尺寸的分子如醇穿过微孔进入笼内。这为开发新颖的抗醇的Pt基ORR电催化剂提供思路。3.原位合成Pt@NCNC催化剂及其ORR性能：通过微波辅助乙二醇还原法将Pt纳米粒子负载在纳米MgO粒子表面,浸渍醋酸镁后热解形成新的MgO层,以吡啶为碳源,得到包裹型Pt@NCNC催化剂。初步的结果表明,在酸性介质中,其具有完全的抗醇性能,但ORR性能不够好。通过优化制备条件,有望开发出高性能的抗醇的Pt基ORR电催化剂。