乙醇氧化反應(yīng)(EOR)是直接乙醇燃料電池(DEFC)中重要的陽極反應(yīng)。眾所周知，其理想的陽極催化劑是貴金屬鉑(Pt)。但其成本高、適用性差、抗CO中毒能力差，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。近年來的研究表明，將貴金屬與其他非貴金屬、非金屬結(jié)合制備新型催化劑是降低成本、提高催化劑性能的有效手段。形貌控制、表面工程、改善載流子效應(yīng)，甚至單原子策略都可以大大提高貴金屬的利用率。

越來越多的研究表明，乙醇在堿性介質(zhì)中的電氧化不僅動力學(xué)更快，而且具有高活性和長期穩(wěn)定性。在堿性體系中，價格較低的Pd(與貴金屬Pt相比)被用作乙醇催化氧化的活性材料。有研究表明，形成貴金屬-過渡金屬合金催化劑，如PdFe、PdCo、PdNi、PdCu、PdAu、PdAg、AlNiCuPtPdCo等，或貴金屬/非金屬復(fù)合材料，不僅可以降低催化劑中Pd的含量催化劑不僅在提高乙醇電氧化性能方面發(fā)揮著重要作用。近年來，陰離子固體電解質(zhì)膜的研究取得了突破，極大地推動了直接堿性乙醇燃料電池(DAEFC)的研究，其商業(yè)化應(yīng)用有望很快開始。乙醇在堿性溶液中反應(yīng)動力學(xué)的增加可歸因于電解質(zhì) pH 值的增加導(dǎo)致 59 mV/pH 的工作電位負(fù)移，從而改變了電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)局部雙電層和電極/電解質(zhì)界面處的電場分布，從而提高電催化活性。然而，在堿性環(huán)境中，許多活性過渡金屬(例如Fe、Co、Ni、Cu等)可以被穩(wěn)定，并且通過形成多金屬Pd基催化劑來增強(qiáng)它們的穩(wěn)定性。通過在前驅(qū)體中添加少量的Cu 2+離子，球形PtFe納米粒子可以轉(zhuǎn)化為PtFeCu納米鏈，并表現(xiàn)出增強(qiáng)的甲醇氧化性能。

其中，PdFe基催化劑因其高導(dǎo)電性、優(yōu)異的催化活性和優(yōu)異的耐久性等特殊性能而引起了研究人員的關(guān)注，常被用作氧還原反應(yīng)(ORR)或陽極氧化反應(yīng)的電催化劑。核與殼之間的協(xié)同效應(yīng)會給表面帶來應(yīng)力應(yīng)變效應(yīng)，改變表面金屬的電子結(jié)構(gòu)，影響氧的吸附和還原。PdFe@Pd的面心立方(fcc)到面心四方(fct)的相變確實可以增加催化劑的活性位點，從而增強(qiáng)ORR的催化性能。由于Pd價電子結(jié)構(gòu)的改變和電化學(xué)活性面積(ECSA)的增加，組裝的納米PdFe合金薄膜可用作酸性和堿性溶液中析氫的高效電催化劑。

電偶置換反應(yīng)(GRR)是一種通過電位置換法制備空心納米催化劑的原位犧牲模板法，廣泛應(yīng)用于材料合成領(lǐng)域。由于氧化還原電位的差異，具有低電極電位的金屬納米模板M(如Co、Ni、Cu等)與具有高電極電位的前驅(qū)體(如Pt n+ )發(fā)生反應(yīng)，最終形成空心Pt或 PtM 催化劑。GRR通常發(fā)生在逐步還原過程中，但一定的GRR過程也發(fā)生在共還原方法中。

本研究采用逐步共還原法設(shè)計了小粒徑的PdFe/Cu納米催化劑。由于電偶置換反應(yīng)(GRR)過程的強(qiáng)烈重構(gòu)作用，Cu晶種的表面被氧化，從而形成超細(xì)的PdFe/Cu納米粒子。此外，這種結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的 Pd、Fe 和 Cu 之間的協(xié)同作用和應(yīng)變應(yīng)力效應(yīng)改變了納米顆粒的電子結(jié)構(gòu)。這種改變有利于乙醇分子在催化劑表面的吸附以及隨后的氧化反應(yīng)，從而提高催化劑的乙醇氧化性能。同時，設(shè)計了另外三種催化劑，即PdFe、CuPdFe和CuPdFe/Cu作為對照。優(yōu)化了條件，并測試了乙醇的電氧化性能。最終確定了堿性體系下乙醇電氧化性能最佳的催化劑。