隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，利用和開(kāi)發(fā)更加環(huán)保、可再生、高效的各種能源成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。直接甲醇燃料電池 (DMFC) 由于具有工作溫度低、能量密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的理想能量轉(zhuǎn)換裝置。

目前用于 MOR 燃料電池陽(yáng)極的商用催化劑主要是 Pt 基材料，面臨著反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢、成本過(guò)高、 CO 耐性差、穩(wěn)定性差的問(wèn)題。合理、有效地對(duì)載體上的 Pt 納米顆粒（ Pt NPs ）進(jìn)行調(diào)控，是降低 Pt 在陽(yáng)極催化劑中的使用量、提高其利用效率，進(jìn)一步提高其對(duì) MOR 的催化活性的重要途徑。眾所周知， Pt NPs 在載體上的尺寸分布、相互作用力、形態(tài)與載體表面狀態(tài)息息相關(guān)。

碳骨架中的氮位點(diǎn)、固有缺陷和結(jié)構(gòu)可被視為顯著的陷阱，幫助吸收 Pt 離子，限制其在載體上的遷移，進(jìn)而促進(jìn) Pt NPs 的成核和 Ostwald 熟化。氮摻雜劑不僅打破了原始碳骨架的電中性，避免了 Pt NPs 的聚集，并使 Pt NPs 與載體之間具有較強(qiáng)的相互作用，增強(qiáng)了催化劑的電荷轉(zhuǎn)移和催化活性。此外， N 摻雜劑提供的豐富的 OH 物種有助于消除 MOR 過(guò)程中吸收的副產(chǎn)物。載體的表面形貌主要取決于氮的結(jié)構(gòu)和含量，如石墨態(tài)氮、吡啶態(tài)氮和吡啶態(tài)氮。迄今為止，氮構(gòu)型在碳材料中的作用，包括從實(shí)驗(yàn)和理論的角度需要更深入的認(rèn)識(shí)。此外，開(kāi)發(fā)一種微環(huán)境可微調(diào)的電催化劑來(lái)調(diào)節(jié) Pt 沉積，提高對(duì) MOR 的催化活性也是非常罕見(jiàn)的。

重慶科技學(xué)院 (CQUST) 陸世玉 、金夢(mèng)課題組 精心設(shè)計(jì)了一種原位熱解的方法。利用少量的金屬顆粒 (M@N-CNTs (M = Co, Ni 和 Fe ₃ C)) 合成竹狀 N 摻雜碳納米管，使碳層的表面狀態(tài)和組成可調(diào)。以雙氰胺和不同的乙酰丙酮鹽 (Co 、 Ni 、 Fe) 為前驅(qū)體，可有效調(diào)控竹節(jié)狀 M@N-CNTs (M = Co 、 Ni 和 Fe ₃ C) 碳層的氮摻雜狀態(tài)、厚度和缺陷程度。 Pt NPs 在 M@N-CNTs (M = Co, Ni 和 Fe ₃ C) 上的分布和顆粒尺寸隨后受到表面狀態(tài)的影響。

圖 2  (a) M@N-CNTs (M = Co, Ni 和 Fe ₃ C) 的 XRD 譜圖， (b) Pt/M@N-CNTs ， (c) M@N-CNTs 的 FTIR 光譜， (d) M@N-CNTs 的 Raman 光譜。

圖 4  (a) Co@N-CNTs 的 Co 2p, Ni@N-CNTs 的 Ni 2p 和 Fe ₃ C@N-CNTs 的 Fe 2p 的 XPS 光譜。 (b) Pt/Co@N-CNTs 的 Co 2p 、 Pt/Ni@N-CNTs 的 Ni 2p 和 Pt/Fe ₃ C@N-CNTs 的 Fe 2p 的 XPS 光譜。 Pt/M@N-CNTs (M = Co, Ni 和 Fe ₃ C) 的 (c) Pt 4f 和 (d) N1s 的 XPS 譜。

圖 5  Pt/M@N-CNTs (M = Co, Ni 和 Fe ₃ C) 和商用 Pt/C 在 (a) 1 M KOH 和 (b) 1 M KOH + 1 M CH ₃ OH 中在 50 mV s ^?1 時(shí)的 CV 曲線。 (c) 1 M KOH + 1 M CH ₃ OH 催化劑在 1 mV s ^?1 的掃速下的 LSV 曲線；相應(yīng)的直方圖 (d) ECSA ，  (e)  質(zhì)量活性和比活性， (f)  起始電位。