等離子體法制備直接醇類燃料電池關鍵材料取得新成果

　　在國家自然科學基金的大力支持下，中科院合肥物質科學研究院等離子體所低溫等離子體應用研究室孟月東研究員帶領博士研究生蔣仲慶等人組成的應用研究組，在等離子體技術制備直接醇類燃料電池關鍵材料應用研究中取得了新的研究成果。相關成果的論文繼2009年發表在英國皇家化學學會的材料領域權威雜志《材料化學雜志》（Journal of Materials Chemistry）期刊上（并被選為封面文章），最近又一研究成果發表在國際等離子體和高分子材料權威雜志《等離子體過程與聚合物》（Plasma Processes and Polymers）上，并再次被選為封面文章。

　　直接醇類燃料電池作為可用于便攜式電子和交通工具等設備的重要新型能源之一，已引起了研究者的廣泛興趣。當前，這方面的研究主要集中于制備高質子導電性能、低甲醇滲透性的質子交換膜以及高性能電催化劑。一些主要問題，比如質子交換膜的質子傳導性能低、抗甲醇滲透能力差，可工作溫度低，價格昂貴以及催化劑的甲醇電催化性能和利用率低，催化劑的耐受性差等，嚴重阻礙直接醇類燃料電池商業化的進程。因此，研究和制備高性能質子交換膜和催化劑具有十分重要的意義。

　　等離子體技術是一種集物理、化學、生物學以及工程學為一體的全新技術，已被廣泛應用于材料的制備和改性，并在提高材料性能方面顯示出了巨大的潛力。通常情況下，等離子體聚合反應過程中膜的形成和單體的分解同時發生，使得在膜中引入功能性官能團（例如離子交換基團）非常困難，所得的等離子體聚合膜的內在質子導電性通常比杜邦膜（Nafion膜）要低。為解決這個問題，孟月東研究員帶領的應用研究組采用后輝光電容耦合等離子體 (CCP) 放電技術制備了高度功能化的等離子體聚合質子交換膜。通過對膜的功能性基團和結構的調控研究，獲得了綜合性能較高的質子交換膜。

　　另外，利用等離子體技術對多壁碳納米管（MWCNTs）進行了表面改性，并將表面改性后的MWCNTs用作金屬催化劑的支撐體，實現了在MWCNTs表面引入高密度、均勻分布的表面功能性基團而不會引起碳納米材料結構破壞的目的。因而能夠保持其本身所擁有的良好電導性能，克服了常用改性方法使得MWCNTs表面功能性基團分布不均勻，石墨結構遭到嚴重破壞，金屬納米粒子和MWCNTs的直接接觸受到阻礙，導致MWCNTs碳基載體的部分導電性能下降或阻礙金屬納米粒子和MWCNTs之間電子的遷移等難題。

　　將表面改性后的MWCNTs用作金屬催化劑的支撐體，所得的金屬MWCNTs被用于甲醇的電催化氧化反應。結果表明，等離子體表面修飾方法是一種良好的MWCNTs表面改性技術，其改性過程不會引起MWCNTs的結構破壞，而且在MWCNTs表面引入了大量有利于鉑（Pt）納米粒子沉積的功能性官能團。沉積在改性后的MWCNTs上制得的金屬Pt納米催化劑即使在低Pt負載量的情況下仍然具有高的催化能力。