1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1 概述

燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。相对于其他能源来说，燃料电池有高效、节能、环保等诸多优点。直接甲醇燃料电池（DMFC：Direct Methanol Fuel Cells）有着低温运行，转化效率高等诸多优点，更是燃料电池发展中的热点。但直接甲醇燃料电池最大缺点就是高昂的催化剂价格，所以目前DMFC研究的重点就是降低催化剂的使用量，提升催化剂的催化活性。铂作为一种贵金属，价格昂贵，而且资源稀少。此外，虽然Pt催化剂表现出很好的催化活性，但由于CO类中间产物对催化剂的毒化作用，Pt类催化剂仍然不能满足实际的应用。通过在Pt中添加其他金属(Ru、Sn、Mo、W、Ni、Ti、Au、Os、Pd、Rh、Bi、Co和Ta等[1-8])，不仅能减低铂的使用量，减低催化剂的成本，某些金属还能与铂发生协同效应，能加大催化剂的活性，同时提高其抗中毒性能。其他金属的加入除了能有效防止Pt颗粒聚集，提高了催化剂的稳定性外还能提高了Pt周围的润湿程度，增加了Pt气体扩散电极的三相界面。而且过渡金属对Pt的电子有调变效应，增加Pt表面粗糙度，从而增加了Pt的活性位点，进一步提高其催化活性。所以，在保证催化剂的性能的前提下，如何降低Pt的使用量，提高催化剂的稳定性仍是研究的重点，而制备铂基合金无疑是一种强大而且有效的方法。

2 铂基合金催化剂的主要合成方法

为了减小贵金属Pt的使用量，提高Pt催化剂的性能，近年来在探索制备技术方面，做了大量的研究工作,提出了许多新的制备燃料电池催化剂的新方法和新技术。针对于不同的使用条件，和催化剂性能的探究，目前出现了大量层出不穷的催化剂制备方法，以下总结了一些比较常见和常用的制备方法[9]及其特点。

有机溶胶法：有机溶胶法[10]是一种简单的制备负载Pt金属及Pt基多元金属催化剂的方法。制备过程的典型特征为：在有机介质中(典型的如甲醇和乙二醇等醇类有机化合物)，利用还原剂乙二醇还原Pt金属及Pt基多元金属的盐类或酸类化合物,制备得金属溶胶。再将载体(典型的如活性炭、炭黑和分子筛等)加入溶胶，在一定条件下反应制备得到载体负载胶体Pt及Pt M(M=Ru、Ir、Rh和Os等)金属催化剂,经过碱洗、酸洗或水洗后干燥,然后再经过一定条件热处理即得到最终的粉末催化剂。获得的催化剂中，金属粒子大小为1-5 nm。该催化剂用作质子交换膜燃料电池阳极氧化以及阴极还原的催化剂时,呈现了很高的催化活性和较好的稳定性。

微波法：微波法是最近才发展出的新颖的制备技术，具有快速、方便、经济、设备简易等突出的优势，其采用微波介电加热作用，加快化学反应，以此来快速制备催化剂。使得催化剂制作的成本大大降低，是一种快速制备高活性纳米催化剂的全新方法。其制备出来的催化剂具有非常均匀的分布，与一般催化剂相比具有更小的粉体粒径和更容易的分散特性。

固相还原法：其方法[11]是把H2PtCl6溶液与活性炭混合，加入一定量的NaOH溶液，干燥后加入固相还原剂聚甲醛，常温下研磨数小时,使金属盐还原。反应结束后,洗涤，过滤，二次水洗至洗出液中无Cl-，90#176;C真空干燥，即制得w(Pt)=20%的Pt/C催化剂。该方法制备得到的Pt/C催化剂活性组分的颗粒度约为3.8 nm，对甲醇的电化学测试证明有比商品催化剂E-TEK更高的活性。还发现该方法中NaOH的用量对催化剂活性有很大的影响。

等离子法：将Pt电极与其他金属电极放在水溶液中，通过调整电压及频率和电极间的间距等，使电极间形成等离子体稳定放电。生成的Pt纳米团簇颗粒，一步法直接合成Pt纳米团簇催化剂。

3 铂基合金催化剂的种类

Pt-Ni：Yaojuan Hu[12]等人以空心石墨烯作为载体，合成铂-镍纳米催化剂。测试结果表明，所制备的纳米催化剂的形态和大小明显取决于前驱体中PtCl6与Ni的摩尔比率。使用伏安法表明，该中空的铂-镍石墨烯纳米催化剂显示出优良的电性能（包括高电流密度，抗CO中毒能力）和大大降低Pt的利用率和提高甲醇氧化反应（MOR）的活性，而且比商业E-TEK的Pt/C催化剂更具有稳定性。空心的铂-镍石墨烯纳米催化剂其催化活性的增强，最有可能是由于其独特的中空结构，再加上Pt和Ni的协同作用。此外，大的比表面积，高的导电性，良好的稳定性，使这种催化剂具有很大的潜在价值。研究PtNi/C结果表明：当Ni的含量分别为30%时催化剂的性能达到最佳,是纯铂催化剂的电流密度的10倍。这项工作打开了以铂为基础的新的设计途径和双金属纳米催化剂的新颖结构。

Pt/AgCl：Rong Wu[13]等人利用一锅法合成的方法合成了蜂窝形状的介孔Pt/ AgCl电极纳米粒子催化剂。可直接用于对甲醇的氧化反应当中。电化学测量显示：铂/氯化银纳米粒子催化剂表现出优秀的电催化活性，表现为其低电压（约0.64V）和高峰值电流的密度（约38.0mA/cm2），是普通的Pt纳米催化剂的10倍。研究显示，一锅法合成的Pt/AgCl纳米催化剂表现出很好的催化性能和实际应用价值。

Pt-Co碳纳米管催化剂：Baomin Luo[14]等人利用钴纳米线作为模板，电流交换的反应合成了一种蠕虫状的Pt-Co纳米管催化剂，这种新型的电催化剂比商业的Pt/C催化剂在甲醇的氧化反应上显示出更好的活性与稳定性，达到3倍以上。因此，这样的Pt-Co碳纳米管催化剂将是一个有希望用于高性能直接甲醇燃料电池（DMFC）的催化剂。

Pt-Ru： 目前应用最广泛的DMFC阳极催化剂，也是研究最多和性能最好的是Pt-Ru二元催化剂。Ru的加入可能带来两方面的作用：1.Ru对Pt产生电子作用，对催化剂吸附甲醇和脱质子过程产生影响，降低毒化中间物在催化剂表面的吸附强度。另一方面，由于Ru是一种比Pt更活泼的贵金属，Ru的加入使得催化剂在较低电位下就能获得反应所必须的表面含氧物种。这些表面含氧物种可能不仅限于Ru-OH，Pt-OH也有可能因Ru的存在而增加。双功能机理模型解释了这些含氧物种的加入带来的有益效应[15,16]：在催化剂表面需要有两种活性中心，Pt活性位上主要进行甲醇的吸附和C-H键的活化以及脱质子过程；Ru或其它组分上进行水的吸附和活化解离，最终吸附的含碳中间产物和-OHads相互作用，完成整个阳极反应。

4 铂基合金催化剂的运用

现如今铂基合金催化剂主要用于甲醇燃料电池的阳极和阴极催化剂。虽然有文献报道非贵金属催化剂作为直接甲醇燃料电池催化剂，比如铁、钴、镍化合物和炭质材料[17-19]，能够作为贵金属催化剂的替代品，但是想要将贵金属催化剂完全替代还有很多的研究工作要做。因此贵金属在现阶段仍然是使用最管广泛的直接甲醇燃料电池催化剂材料[20]。就目前来说，直接甲醇燃料电池的阳极催化剂中最广泛使用的仍然是铂系催化剂。

5 溶液中等离子法合成铂基金属催化剂

制备铂基合金催化剂的方法有很多，在这里我们采用溶液中等离子法制备铂基合金催化剂。将Pt电极与其他金属电极放在水溶液中，通过调整电压及频率和电极间的间距等，使电极间形成等离子体稳定放电。生成的Pt纳米团簇颗粒，一步法直接合成Pt纳米团簇催化剂。这种方法的主要优点是实验步骤十分简单，在常温常压开放体系中进行，合成时间短，能在载体上制备颗粒尺寸小、分散均匀的纳米颗粒 。

6 总结与展望

随着对能源需求的提高，高性能低成本的燃料电池催化剂的研究变的越发重要。而甲醇燃料电池所面临的最大问题就是催化剂的成本问题。金属铂作为一种贵金属，产量低价格昂贵，势必无法承担起作为普遍使用的燃料电池催化剂的重任；同时Pt/C催化剂在工作过程中表面易被CO吸附，难以解脱，使其活性表面越来越小从而失活；在催化醇的过程中因为醇在氧化过程中产生类似CO的中间产物，使Pt/C催化剂失效。所以说铂碳催化剂是一种成熟的催化剂，但还远远称不上是一种完美的催化剂。

为了燃料电池的发展和普及，减少催化剂中的Pt含量，甚至找到非Pt催化剂来替代这一资源稀缺的贵金属显得越来越重要。以目前的技术条件来说，非Pt催化剂还有很长的路要走，所以在一定的时间内低Pt催化剂任然是研究的重点。通过新型的制备工艺及合适载体来提高Pt的利用效率。随着研究的不断推进，各种方法与技术和其他金属催化剂的交叉应用，又得出了许多崭新的研究方案。可见燃料电池催化剂在未来还有很大的发展空间，值得对它进行深入的探究。

参考文献

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1、主要研究内容及关键技术

（1）了解溶液中等离子法制备铂基合金催化剂的方法及其机理。

（2）纳米铂基合金催化剂制备：在前期课题组师兄Pt/Pd合金催化剂制备的基础上，总结现有的实验方法，对比各类方法的优缺点，寻找合理的实验方案，采用溶液中等离子法制备铂基合金催化剂。

（3）铂基合金催化剂组成以及结构表征：根据实验现象，初步判断产物合成情况，接着负载在载体材料（如CNTs、KB等）上，对产物进行简单热处理。最后通过XRD,SEM,TEM等技术对样品进行分析表征。

（4）铂基合金催化剂催化性能研究：通过电化学测试手段，如循环伏安测试CV、电化学阻抗EIS、计时电流chronoamperometry等表征催化剂对甲醇催化氧化的活性以及其稳定性、抗CO毒性等。分析其催化机理，加入的金属在其中所起的作用。力求得到晶粒粒径小，稳定，具有高催化活性的铂基合金催化剂。

2、拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

2.1研究方法

参考文献介绍方法，重点采用溶液中等离子法制备铂基合金催化剂。采用SEM、TEM、XRD，循环伏安法（CV）等测试方法对样品进行表征并测试其电化学性能。分析可能存在的因素对样品的影响，通过比较，确定最佳实验方案。

2.2实验方案

（1）查阅国内外文献资料，了解铂基合金催化剂的种类、合成以及应用。

（2）选择合适的材料，采用溶液中等离子法用Pt与其它金属材料（如Ru，Ag，Cu，Ni，Co等）制备材料。

（3）对制得的样品进行表征，确定其组成、形貌、颗粒大小；通过电化学实验测试其电化学性能。

（4）比较各参数的实验结果，确定最佳的实验方案，选择最佳材料制备电化学性能最出众的铂基合金催化剂。

2.3可行性分析

（1）根据现有国内外文献表明，制备铂基合金催化剂材料的技术已经比较成熟，通过等离子法可以制备出电化学性能较好的铂基合金催化剂材料。

（2）本实验室现有制备铂基合金催化剂材料的相关各项条件，如原料、仪器等；同时，具备丰富测试手段的校级现代材料分析测试中心，为本课题的研究提供了坚实的硬件基础。

3、预期目标

制得具有优异电化学性能的铂基合金催化剂材料，并掌握各种表征方法及其分析方法。最终了解材料的组成-制备-性能-应用四者之间内在联系。