论文摘要
直接甲醇燃料电池（DMFCs）由于具有高的能量转换密度,甲醇的来源丰富且价格低廉,零污染等优点,被认为是解决将来能源问题理想的选择之一。一直以来,DMFCs采用的是酸性电解液,其阳极催化剂主要为Pt,但是Pt高的价格、低的储量以及容易对CO中毒的问题限制了它的应用。此外,在酸性电解液中,甲醇氧化及氧还原反应低的动力学是另一个限制DMFCs商业化发展的主要原因。最近,随着阴离子交换膜的发展,碱性DMFCs被广泛的研究。与酸性DMFCs相比,碱性DMFCs主要具有以下几方面的优势：甲醇的反应动力学的提高；甲醇穿透的问题能被很好的抑制；阴离子膜的价格较低；可以用非Pt金属作为催化剂等。本论文采用在纳米尺度上具有优异催化性能以及高电负性（X=2.54）的Au作为核壳结构纳米颗粒的核,电负性相对低的金属Pt（X=2.28）、Pd（X=2.20）作为壳。利用核壳结构能极大提高Pt、Pd的利用率以及Pt、Pd与Au之间具有明显的电子效应,得到具有高的催化性能的Au@Pt、Au@Pd核壳纳米颗粒。不同Au:Pt、Au:Pd比例的Au@Pt、Au@Pd溶胶通过紫外光辐射法制备。此外,为提高金属纳米颗粒在多壁碳纳米管（MWCNTs）表面的分散性,利用苯硫酚对MWCNTs表面进行功能化处理。最后,将制备的Au@Pt、Au@Pd溶胶组装在功能化的MWCNTs表面,得到作为碱性DMFCs阳极催化剂的Au@Pt/MWCNTs、Au@Pd/MWCNTs复合材料,就我们所知,相关的研究很少被报道。通过对样品进行紫外可见光吸收光谱（UV-Vis）分析,结果证明Au@Pt、Au@Pd不是Au和Pt、Pd纳米颗粒的简单混合,而是形成一种核壳结构的复合纳米颗粒。透射电子显微镜（TEM）结果显示Au@Pt、Au@Pd具有小的颗粒尺寸（-5nm）,且高度分散在功能化的MWCNTs表面。X射线衍射（XRD）说明Au@Pt、Au@Pd和MWCNT均具有好的晶体结构,且计算出的颗粒尺寸与TEM结果一致。X射线光电子能谱（XPS）的结果显示在Au@Pt/MWCNTs、Au@Pd/MWCNTs中,Pt、Pd与Au之间具有明显的电子效应导致了Pt、Pd的电子结构发生改变,且通过对纳米颗粒元素组成的测试,从另一方面说明了核壳结构的形成。运用循环伏安法对催化剂表面的元素组成进行了分析,结果进一步表明合成的Au@Pt、Au@Pd纳米颗粒具有一种核壳结构。催化剂的催化活性通过循环伏安法和计时电流法进行测试,结果显示Au@Pt/MWCNTs催化剂在Au:Pt=1:1时催化活性和稳定性最高,其峰电流密度为4.24mA cm-2,分别为Pt/MWCNTs和Pt/C （JM）的2.3和3.5倍。Au@Pt/MWCNTs （1:1）催化剂活性的增强可归因于表面Pt壳改变的电子结构减弱了对cO中间产物的吸附,使表面吸附的CO容易被移除。对于Au@Pd/MWCNTs催化剂,当Au:Pt=4:1时催化活性和稳定性最高,其峰电流密度是Pd/MWCNTs的1.78倍。Au和Pd之间的电子效应和双功能效应可能是Au@Pd/MWCNTs （4:1）催化剂高催化性能的原因。