当今现代社会的高速发展导致化石能源豹消耗日趋增加，同时由此引发的一系列环境污染问题让人们越来越重视可持续发展，并在积极寻求清洁高效的可再生能源方面达成共识。在新能源产业中，燃料电池作为主力军被广泛研究。直接甲醇燃料电池(DMFC)的能量密度高、启动时间短且对环境友好，在便携式电子设备中具有巨大的应用潜力。
　　目前在DMFC中最常用且有效的催化剂是贵金属铂(Pt)基催化剂，但要推动其商业化进程还需解决催化剂成本高昂、储量有限、易中毒、MOR活性较低和阴极甲醇渗透等主要问题。因此，研究和发展低成本、高催化效率的ORR催化剂和MOR催化剂载体对促进DMFC的进一步发展具有实际意义。本文制备了两种MOR和ORR催化活性均高于商业Pt/C的催化剂，并运用多种方式进行了材料的物理表征，包括X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(KPS)、接触角、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。同时还通过电化学手段进行了材料的MOR/ORR性能测试，包括循环伏安测试(CV)、线性伏安测试(LSV)、交流阻抗测试(EIS)和旋转环盘电极测试(RRDE)。
　　本文以CoZn-ZIFs为模板，首先在N2气氛下热解前驱体并用盐酸(HCl)加以刻蚀，接着加入Cu(NO3)2·6H2O并在300-500℃下进行二次煅烧来合成了Co3O4@NPC/CuO催化剂并用于ORR，再通过硼氢化钠还原法将Pt纳米粒子均匀负载到其表面得到Pt-Co3O4@NPC/CuO催化剂并用于MOR。对于阴极ORR，Co3O4@NPC/CuO-400(400℃)表现出比商业Pt/C(10wt.％)更佳的ORR活性和稳定性，还原峰电位和半波电位分别达到0.82V和0.83V。在ORR过程中，Co3O4@NPC/CuO-400的高比表面积和介孔结构有利于物质的传输和活性位点的暴露。CuO纳米粒子不仅能够提供ORR可能需要的可变价态(Cu0、Cu+和Cu2+)，而且可以充当高活性物质(Co2+)的保护层，从而提高催化剂的稳定性。对于阳极MOR，Pt-Co3O4@NPC/CuO-400(5wt.％)具有远高于Pt/C的质量活性，达到1947mAmgPt-1。在MOR过程中，Co3O4@NPC/CuO-400载体的高比表面积有效提高了Pt纳米粒子的分散性，从而显著地减少了Pt纳米粒子在反应过程中的脱落和团聚。金属(Pt)与金属氧化物(CuO)之间的强相互作用削弱了中间产物COads在Pt活性位点上的吸附强度，从而有效促进Pt表面活性位的释放以增强MOR催化活性。
　　本文以CoZn-ZIFs为模板，首先在高温(950℃)下热解该前驱体，接着在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的存在下，加入水热合成的NiO纳米片前驱体，并在300-500℃下进行二次煅烧来合成了CoOx@NGC/NiO催化剂并用于ORR，再通过硼氢化钠还原法将Pt纳米粒子均匀负载到其表面得到Pt-CoOx@NGC/NiO催化剂用于MOR。对于ORR，CoOx@NGC/NiO-400(400℃)具有比商业Pt/C(10wt.％)更加优异的ORR活性和稳定性，还原峰电位和半波电位分别达到0.84V和0.85V。在ORR过程中，三维花状结构提供的高比表面积和介孔结构为O2、电解质和电荷转移提供了传输通道。电子从Co原子转移到C原子时会降低碳表面的局域功函数，有利于O2的吸附。对于MOR，Pt-CoOx@NGC/NiO-400(5wt.％)的质量活性达到1645mAmgPt-1，是Pt/C的2.4倍。CoOx@NGC/NiO-400表面的Co3+/Co2+和Ni3+/Ni2+二元固态氧化还原对能够提供丰富的活性位点。CoOx@NGC/NiO-400载体的高比表面积有助于Pt纳米粒子的分散以提高MOR活性。
　　本文使用ZIFs作为模板，通过两步热解-氧化法来制备双金属氧化物复合材料，其具有优异的ORR/MOR催化活性，表明这类催化剂在DMFC中具有巨大的应用潜力。