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乙醇是可以通过农产品大量生产的可再生清洁燃料,使得直接乙醇燃料电池(DEFC)具有广阔的实际应用前景。当前,制约直接乙醇燃料电池发展的瓶颈是阳极电催化剂的活性和稳定性仍然不够,与实际使用要求存在较大差距,阻碍了直接乙醇燃料电池的商业化进程,所以设计和制备高效的阳极催化剂具有重要意义。目前,活性最高的铂(Pt)基纳米催化剂存在易于中毒失活、成本高昂和Pt资源紧缺等问题,研究和开发Pt的替代催化剂成为燃料电池技术发展的重要方向。钯(Pd)基纳米催化剂由于其优异的催化性能、更丰富的资源和更低的价格等优势,已被广泛研究和用作小分子(甲醇、甲酸、乙醇等)燃料电池的电催化剂。通过向Pd基催化剂中引入第二种金属形成合金或制备异质结纳米晶,都可有效改善催化剂性能,但催化剂表面不同金属活性位点间距对催化反应的影响还尚待研究。本论文发展了一种调控Pd-Ni-P三元纳米催化剂中Pd与Ni两种活性位点的间距的新方法,从而显著改善乙醇直接电催化氧化性能,实现了催化剂性能的“表面原子工程”调控。通过液相法制备了不同形貌结构的Pd-Ni-P三元纳米晶,随着Pd/Ni-P哑铃型异质结构逐步转化为Pd-Ni-P复合纳米颗粒,使Pd在Ni-P中逐渐分散为超小的团簇,逐渐减小了 Pd(乙醇催化氧化活性位点)与Ni(羟基自由基形成位点)两种活性位点的间距,降低了两种反应物中间体的距离,增加了其有效碰撞反应几率,从而显著提高乙醇的电催化氧化活性。同时,P的引入可有效防止Ni的流失,从而显著改善催化的稳定性。在1.0 M NaOH和1.0 M C2H5OH的溶液体系中,Pd-Ni-P三元纳米催化剂催化乙醇氧化反应(EOR)的活性提高至4.95A/mgPd,是商业Pd/C催化剂活性的6.88倍,展现了优异的催化活性和稳定性。相关实验结果与密度泛函理论(DFT)计算分析一致,为燃料电池电催化剂的设计合成提供了新思路。