● 摘要
直接甲醇燃料电池（DMFC），无需经过卡诺循环，将液体甲醇燃料的化学能直接转变为电能，因其燃料来源便利，电池内部结构简单，是一种非常有前途的新型高效化学电源。尽管DMFC在理论上具有很高的功率密度和良好的应用前景，但现在其性能与商业化的要求仍有很大差距。“甲醇透过”问题是影响DMFC性能的主要问题之一。因此研究对氧还原（ORR）高活性并且抗甲醇中毒的阴极催化剂对于发展DMFC具有重要意义。本论文的主要工作内容如下：通过高温氩弧熔炼的方法制备了块状AuNi、AuV、AuY合金，并将其运用于直接甲醇燃料电池的阴极材料。在循环伏安测试及旋转圆盘电极测试中，这三种催化剂在碱性条件下体现出了良好的电催化氧还原的性能，同时具有独特的抗甲醇氧化的性能；在中性条件下表现出了一定的氧还原性能；在酸性条件下都没有表现出对氧还原的催化性能。采用溶液中制备的方法制备了碳载纳米金镍合金催化剂，设计了四种不同的实验方案，通过XRD，TEM以及旋转圆盘电极技术研究了不同实验方法制备的碳载AuNi催化剂催化性能的差别，对其催化氧还原性能相对于Au/C的提高进行分析，同时比较分析了四种实验方法的优劣。本论文认为这种催化剂具有立方晶形结构，使得纳米AuNi/C催化剂中Au-Au键长加大，这不利于甲醇在电极上的吸附，从而阻碍了甲醇的电氧化，同时，Au-Au键长加大使得CO以桥式吸附在两个Au空位上的吸附构型变得困难，这也可能是使这种催化剂具有抗甲醇中毒性能的原因之一。由于“尺寸效应” 影响到催化剂中贵金属Au的利用效率和电化学活性，我们认为纳米AuNi催化剂也存在最优粒径，本论文第四中方法制备的纳米AuNi催化剂的平均粒径为8.4nm（XRD），具有较好的电催化氧还原性及抗甲醇中毒性。