1.研究背景

随着化石燃料消耗量的日益增加及其储量的不断减少，到21世纪中叶，人类将面临能源短缺这一严重问题，寻找新型能源和创造可再生能源是当前一项紧迫的任务。大量新型环境友好能源已经引起社会的广泛关注，如风力发电厂、太阳能电池、燃料电池等。燃料电池以其清洁、高效、污染少的特性受到人们越来越多的关注[1]。低温燃料电池因其高功率密度、快速启动和低工作温度等特性，成为潜在的汽车和便携式电子设备的电源。尽管燃料电池制备技术已经取得一定进步，然而燃料电池电极催化剂材料的成本及其耐用性仍然是困扰其发展的主要障碍[2]。

质子交换膜燃料电池可以将储存在燃料分子的化学能转化为电能。在具体操作中，氧气从阴极供给，并且随着燃料分子在阳极低电位下的氧化而发生电化学还原反应。根据所用燃料的不同，质子交换膜燃料电池又被划分为直接甲醇燃料电池(DMFC)、直接乙醇燃料电池(DEFC)、直接甲酸燃料电池(DFAFC)等。目前，由于氢气储存比较难，价格也相对昂贵，所以对直接甲醇和甲酸燃料电池研究的比较多[3-5]。在燃料电池的发展中，DMFC由于只含有一个碳原子，不含C-C键，易被氧化，能量密度高，且价格便宜、来源丰富等优点而被广泛研究。电极催化剂材料(包括金属纳米粒子催化剂和支撑材料)的优劣是影响燃料电池系统性能和效率的关键因素之一。研究发现DMFC阳极催化剂研究最多的是Pt[6-8]以及Pt基复合催化剂[3-5,9-20]。改变制备方法和载体，可提高单组分Pt催化剂的活性，但反应生成的中间产物(CO_ads)易使Pt中毒，降低电极的性能。为了解决这个问题，人们致力于在Pt上添加第二元素形成二元合金催化剂，通过协同作用改变Pt纳米粒子的结构，促进Pt对甲醇氧化的电催化性能，如Pt-Cu[3,4,9-14]、Pt-Ru[15,16]和Pt-Sn[17]等。制备一种具有高催化活性、高稳定性、高抗毒能力的新型复合电催化剂已经成为MDFC发展的迫切需求。

2.研究现状

近年来，人们在Pt基催化剂方面做了大量的研究，发现Pt-Cu、Pt-Ru和Pt-Sn等合金催化剂较纯Pt催化剂在甲醇催化氧化过程中表现出很高的活性，特别是具有很好的抗CO中毒效果。值得一提的是，催化剂的微观形貌[3,7,18-21]对催化剂性能有很大影响，以下从催化剂性能方面对近年来的相关工作进行探讨。

2.1 纯Pt催化剂

单纯铂黑催化剂很早就被作为燃料电池催化剂而得到广泛研究和应用。吴韬[7]等人采用液相还原法，在氯铂酸水溶液中按比例加入柠檬酸三钠，待溶解后，用氢氧化钠调节pH 值到8左右，反应数小时后，用硼氢化钠水溶液再进行数小时还原，过滤、洗涤、真空干燥，即得铂黑催化剂。将催化剂制备成电极之后使用线性扫描循环伏安法以及单电池放电性能测试，发现氯铂酸与柠檬酸三钠的摩尔比例以及pH 值都对合成出来的铂黑催化剂的性能有很大的影响。