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燃料电池是直接将燃料与氧化剂中的化学能转化为电能的一种发电装置,由于它具有能量转换率高、环境污染少、比能量高等优点受到社会的广泛关注。质子交换膜燃料电池是目前研究较热门的一种燃料电池,尽管质子交换膜燃料电池已经应用于商业领域,但是由于技术上的瓶颈和价格昂贵等因素限制了其大规模的发展。铂基催化剂是目前质子交换膜燃料电池催化剂中性能最好的催化剂,但是由于地球上铂资源储量有限且价格昂贵,所以如何充分提高铂的利用率是目前需要研究的关键,而提高催化剂的活性和稳定性是提高铂利用率的方法之一。本文以提高质子交换膜燃料电池电催化剂的活性和稳定性为目标,首先以聚氨酯海绵作为基体,通过一系列前处理工艺,用化学镀的方法制备出泡沫镍,以化学气相沉积的方法在泡沫镍上生长碳纳米纤维,并探究不同反应条件对碳纳米纤维材料性能的影响;其次,改变化学镀液的配方,以同样方法制备出泡沫铜,在最佳的反应条件进行化学气相沉积生长含氮磷硼等掺杂元素的碳纳米纤维材料,采用乙二醇还原法在此材料上负载铂,从而制备出性能优良的Pt/CNF催化剂,应用于质子交换膜燃料电池。本文以硫酸镍作为化学镀液制备出了泡沫镍。首先以温度和时间为影响因素进行物性分析,分别在500oC,600oC,700oC下通入乙炔3h以及在600oC下分别通入乙炔2h,3h,4h进行催化生长碳纳米纤维,BET结果显示在600oC和3h条件下生长出来的碳纳米纤维的比表面积达到了168 m2g-1,XRD和Raman分析结果显示,其具有一定石墨化程度,同时含有一定的缺陷位点,这非常合适用作于电催化剂的载体;在亲水性试验中发现自制的碳纳米纤维不需要经过任何预处理工艺就显示出良好的亲水性能;在电化学测试中发现自制碳纳米纤维的氧还原起始电位比商业碳纳米管要正30mV,说明自制碳纳米纤维具有更高的氧还原活性;这一系列测试表明自制的碳纳米纤维作为催化剂的载体具有良好的相关性能。本文同时以硫酸铜作为化学镀液制备出了泡沫铜,在600oC和3h条件下进行气相生长碳纳米纤维。由于在化学镀铜液中添加了硼酸和次亚磷酸钠,再加上聚氨酯海绵本身就含有氮(N)元素,通过高温裂解后,元素分析结果显示最终的产物碳纳米纤维中掺杂了硼(B)、氮(N)、磷(P)等元素。根据催化剂的TEM图可以发现Pt粒子在碳纳米纤维上均匀分散,平均粒径约3.2 nm,这个粒径尺度处在最大限度暴露Pt粒子的范围之内。加速稳定性试验表明在自制的碳纳米纤维上负载铂的Pt/CNF催化剂比商业的Pt/C-JM催化剂具有更高的稳定性,在从第500圈到第2000圈的扫描过程中,Pt/CNF催化剂的ECSA只下降了18.3%,而商业的Pt/C-JM催化剂下降了39.2%;氧还原电催化活性比较也可以证明Pt/CNF比Pt/C-JM催化剂的活性要高,Pt/CNF催化剂比Pt/CJM催化剂的起始还原电位要正30 mV,且Pt/C-JM催化剂的半波电位也比Pt/CNF催化剂的半波电位差了33 mV。因此,本文制备的碳纳米纤维具有良好的载体性能,可以很好地应用于质子交换膜燃料电池。