当前，能源危机已经成为世界上的热点话题，而能高效利用燃料的燃料电池则是解决能源问题的一个重要途径[1]。燃料电池是一种电化学设备，它是能高效的将燃料氧化反应的化学能直接转变为电能的装置。它还具有噪音低、燃料多样化、排气干净、对环境污染小等优点。但是大部分燃料电池利用的仍是化石能源，而直接甲醇燃料电池就是直接利用甲醇的水溶液作为燃料，氧或空气作为氧化剂的一种燃料电池，可以利用生物质水解产生的醇类作为燃料，摆脱化石能源的困扰。电极催化剂在燃料电池中起着至关重要的作用，尤其是阳极催化剂的抗毒化能力和稳定性问题一直是其商业化的瓶颈。因此研制出高效的阳极催化剂，对燃料电池的应用与推广有着非常重要的作用，对进一步解决能源危机也有着十分重要的意义。

1.1 研究背景

燃料电池是一种将燃料能连续高效由化学能通过电化学过程直接转化为电能的新型清洁发电装置，它可以利用化石性燃料，也可以利用氢或其他可再生能源作燃料，有望成为本世纪的主流发电技术[2]。

与其它能源相比具有能量转换效率高、原料可连续供给、环境友好、能量密度高、使用寿命长、操作方便可靠、灵活性大等特点，被称之为#8220;21世纪的清洁能源#8221;[3]。目前的燃料电池按其电解质不同可分为五类，包括碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC），磷酸型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC），熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC），固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）和质子膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）。

1.1.1 直接醇类燃料电池基础

当PEMFC使用氢气为燃料时，由于氢气的存储、运输和携带等技术都不成熟，限制了其应用。相比之下，醇在常温下为液体，毒性较小或没有毒性，电化学活性高，可以直接被氧化成CO2和H2O，价格便宜同时生产途径广泛。直接使用醇类溶液（如甲醇）作为燃料的话，会比氢气更加安全并且易贮存、运输（在现有供应石油燃料的设施基础上改造即可），系统简单且易于小型化，在微型可移动电源领域的应用前景更加广阔[4]。特别是甲醇，由于具有较高的电氧化活，因而近十年来一直是各科研机构和各大公司的研发热点[5]。将液态甲醇作为燃料直接注入燃料电池阳极进行发电，我们便称之为直接醇类燃料电池(Direct Alcohol Fuel Cell,DAFC)。若以液态甲醇为燃料，便称之为直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell,DMFC）。

直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。

直接甲醇燃料电池工作原理：

碱性条件

总反应式：2CH4O 3O2 = 2CO2 4H2O (1-1)

正极：3O2 12e#8211; 6H2O→12OH#8211; (1-2)