1. 研究目的与意义（文献综述）

传统化石燃料的广泛使用已经造成了严重的环境污染、气候变化和能源危机等问题，可持续能源的开发和利用成为迫切需求^[1]。燃料电池因其绿色环保、能源转换效率高，是一种前景广阔的新能源，具有非常重要的应用价值^[2-4]。催化剂广泛应用于工业生产，据统计约有90%的工业生产依赖于催化过程^[5-6]，至2016年，全球对催化剂的需求量达到约195亿美元^[7]。贵金属铂因为其优异的催化性能，已经被应用于燃料电池电极催化材料中，尽管纳米铂颗粒具有较高的催化活性，但其催化稳定性和使用寿命并不能满足人们的需求，同时由于金属铂的稀缺和昂贵，使得燃料电池并未能广泛应用于日常生活中，因此，提高金属铂纳米颗粒的催化活性和稳定性，是解决燃料电池电极催化材料的关键问题所在。

目前，研究人员已经做出了大量通过改变金属铂纳米颗粒的形貌结构和引入合金元素来调控铂催化剂的催化性能的相关研究工作^[8]。具有特殊结构的铂纳米催化剂展现出了优越的催化活性和电化学性能，这是因为铂催化剂的催化活性在很大程度上受到颗粒尺寸和形貌的影响。通过减小颗粒尺寸不仅能够有效增大催化剂的比表面积，而且随着其粒径的减小，纳米颗粒会因体积有限而不再严格受到晶格的限制从而形成晶格缺陷和不规则多晶结构^[9]。同时，晶体上形成的缺陷和不规则多边角结构产生的电荷极化作用和颗粒本身较高的比表面积促使铂纳米颗粒具有了更高的催化活性和特殊的电化学性能^[10-11]。由于单金属pt容易被co类中间物质吸附毒化而使得催化活性降低 ^[12-13]，当两种不同的金属形成合金时，其协同效应和电子效应的共同作用，可以有效提高催化剂的催化活性及稳定性^[14]。近年来，pt-cu合金纳米催化材料颇受关注^[15]。研究表明，当pt与cu形成合金时，能大大提高单金属pt的催化性能，并且pt-cu合金催化剂的稳定性和抗中毒性均有很大提升，因为cu与co的结合力比pt更强，并且更容易被氧化^[16]。sofia^[17]等人研究了pt-cu，pt-ni，pt-co双金属催化剂对甲醇的催化剂能，其中pt-cu展现出最高的活性。

本课题主要研究枝状分级结构铜铂合金材料对其电催化性能的影响，开发具有高稳定性和高活性的铜铂催化剂。树枝状分级结构是由纳米颗粒组装成具有从纳米到微米尺度的分级结构，这种结构具有较高的比表面积，能暴露出更多的活性晶面，同时其自支撑结构能避免纳米金属颗粒的再次团聚，具有一定的结构稳定性^[18]。铜铂合金能够有效降低贵金属铂的使用量，同时合金结构也能一定程度的提高催化剂的稳定性和催化活性。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

（1）制备树枝状分级结构铜铂催化剂；

（2）调节分级结构，优化其电催化性能。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：按照设计方案，通过改进方法制备树枝状分级结构铂合金材料。

第8－11周：采用xrd、sem、tem、edx、xps等测试技术对材料的结构物相进行表征，通过电化学工作站测试评价材料的电催化性能。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王慧. 铂, 钯合金催化剂的制备及其电催化性能的研究[d]. 山东大学, 2012.

[2]衣宝廉. 燃料电池的原理, 技术状态与展望[j]. 电池工业, 2003, 8(1): 16-22.

[3]peighambardoust s j, rowshanzamir s, amjadi m. review of the proton exchange membranes for fuel cell applications[j]. international journal of hydrogen energy, 2010, 35(17): 9349-9384.