小型直接醇类燃料电池(direct alcohol fuel cells，DAFC)利用质子交换膜作电解质是目前有望最先实现产业化的一种新兴能量转换装置，在能源领域有巨大的应用前景。在直接醇燃料电池中，直接甲醇燃料电池是研究最为广泛的一种。这是因为相对于氢来说，甲醇的能量密度较高，价格低，便于运输和储存。然而甲醇有毒，进入人体后最容易侵蚀人体的神经系统，此外，甲醇氧化的动力学过程缓慢，且甲醇渗透导致阴极产生混合电位仍然是直接甲醇燃料电池迫切需要解决的问题。相对而言，乙醇是一种最有希望的甲醇替代燃料。乙醇可由农副产品直接生物发酵得到，具有来源丰富、毒性低、零排放等优点，被称为可再生的绿色能源。 目前，几乎所有的燃料电池用催化剂中的贵金属都是Pt基催化剂或含有Pt贵金属。然而Pt的价格逐步攀升，且储量较小，始终制约着其商业化的进程。为此，我们一直在寻找合适的Pt替代品。经过大量研究发现，Pd在碱性体系中对乙醇的催化能力甚至高过了Pt，对甲醇的催化能力也较其他金属高。而且，Pd在地球上的贮量是Pt的五十倍，储量丰富，因此有望成为Pt催化剂的替代品。另一方面，碱性条件下电极的动力学过程比在酸性条件下快，可使用较少的Pt或非Pt催化剂。本工作尝试用Pd代替Pt作催化剂，考察其在碱性介质中对不同醇的催化氧化性能，对其可能的影响因素进行考察优化，并对不同载体对Pd催化剂催化性能的影响进行了深入研究。由于传统碳黑比表面积较小，用作催化剂载体时电极结构比较致密，极易造成电极催化活性的降低。因此寻找合适的载体材料和具有一定催化活性的非铂化合物是本文工作的重点。此外，近年来生物传感器被广泛研究并用于临床、环境、工业和安全等方方面面。且无机介孔材料具有良好的热稳定性和化学稳定性、良好的机械强度、高比表面积、大孔数量和窄孔尺寸分布。这些特性使它不仅可用作燃料电池催化剂载体，也可用作载体来传导电子并提供电极反应点，以获取氧化还原中心来固定蛋白质，用于生物传感器的研究。这也是很多其他燃料电池用催化剂载体的另一个应用方向。 本文分五部分，分别研究少铂或Pd基催化剂在不同碳及碳修饰载体上的制备技术、在碱性条件下对醇的催化氧化过程以及多孔碳材料在生物传感器方面的应用。首先，本文研究了碳载氧化物促进的Pd基催化剂催化醇氧化的性能。考察了氧化物Pt基和Pd基催化剂催化乙醇氧化过程中对CO的耐受性能。发现了乙醇在Pt和Pd基催化剂上不同的催化反应过程。Pd基催化剂的中间产物可能没有产生CO，且CO在Pd上的吸附能力远远小于Pt。这也是为什么Pd基催化剂催化性能更好的原因之一。考察了Pd在具有网状疏松结构且导电性较高的碳包覆二氧化钛纳米管载体上的催化剂(Pd/TiO2C)对不同醇的催化氧化性能。发现Pd/TiO2C催化剂对乙醇催化氧化的性能远远大于Pd/C催化剂，在相同条件下是其3倍左右。 其次，以葡萄糖水热聚合法制备了不同比表面积的碳材料，并将其用作催化剂载体研究Pd催化剂对醇催化氧化的性能。首先通过优化在碳材料制备过程中加入表面活性剂的量与材料BET特性的关系，发现以P123为表面活性剂可得到比表面积最大的碳材料，优化了P123的最佳用量。在此基础上，我们用聚苯乙烯(PS)球作模板合成了具有超大比表面积的空心碳微球(HCS)。比表面积的增加大大提高了电极的三相界面，这对催化反应极为重要。研究发现Pd/HCS用于乙醇氧化的催化活性是Pd/C电极的3.7倍。 再次，我们考察了HF处理碳纳米管载Pd对乙醇催化氧化性能的影响，以及用原位拉曼技术对催化剂催化活性的变化过程进行了研究并提出理论模型对其进行解释。试验表明，HF处理碳纳米管时虽然并未在碳纳米管表面添加任何亲水基团，但却在碳纳米管表面产生了造孔和扩空作用，并对碳管表面进行了清理。这使得碳纳米管表面的无序度大大增加，十分有利于贵金属颗粒的负载和稳定。较大的微孔对牢固地嵌住贵金属颗粒是十分有用的，正是这个原因，HF处理后的碳纳米管作载体制备的Pd基催化剂对乙醇的催化氧化活性是未处理碳管的2倍多，且稳定性大幅度增加。这为解决催化剂性能不高以及寿命不够长等问题提供了有效的解决方法。 第四部分研究了具有类铂催化性能的WC的制备及应用。首先通过间歇微波加热法制得了纯度较高的六方单晶WC颗粒。单纯的碳化钨对乙醇没有催化活性，但Pd/WC-C却对乙醇有高出Pd/C催化剂5～6倍的活性。因此，我们认为碳化钨和贵金属Pd之间存在着协同效应。此外，我们还用不同碳材料作碳源制备碳化钨。发现粉状碳源合成的碳化钨纯度最高、颗粒度最小、活性最好；其他形状的碳源中碳纳米管制备的碳化钨颗粒度最小、活性最高。且Pd/WC-MWCNTs催化剂是所有催化剂中对乙醇催化氧化活性最高的。这是因为此种催化剂不仅存在碳化钨和Pd的协同效应还存在碳纳米管的结构效应。管状网络结构对电解液的传输和储存是十分有利的，可有效加快电极反应速率，提高其催化活性。最后我们用PVA作改性剂制备了高亲水性多孔碳材料并将其用于直接电化学和生物传感器中。发现PVA的参与大大提高了多孔碳的亲水性和导电率，使碳载体和蛋白能较稳固地结合，并及时地传递电子到电极表面。高亲水性的多孔材料十分有利于蛋白的负载并能有效的转移蛋白上发生反应的电子，这对提高生物传感器的灵敏度和降低检出极限是十分有帮助的。Hb/MMC体系对双氧水的检测范围可宽至87.5～0.4 μM，且响应时间低至3～4秒。