1前言

为了缓解能源危机与保护环境，找到绿色环保、可稳定持续工作的新能源已成为当今世界的研究热点。燃料电池因其良好的环境友好性、安全性、高效能性越来越受到人们的关注[1]。质子交换膜燃料电池(PEMFC)不仅具有燃料电池的一般特点，还具有启动快、比能量和比功率高等突出优点，因而成为当今社会研究的热点，相关的开发和应用技术也发展得非常迅速[2-5]。
PEMFC是一种绿色能量转换装置，发电原理相当于水电解的逆过程。和一般燃料电池一样，PEMFC单电池也是由阳极、阴极和质子交换膜组成，氢气作为燃料在阳极发生氧化反应，氧气作为氧化剂在阴极发生还原反应。PEMFC工作时相当于一个直流电源，其阴极为电源正极，阳极为电源负极。PEMFC的阳极和阴极的反应都需要催化剂来催化反应的进行，阴极氧的还原反应（ORR）要比阳极氢的氧化反应困难。阴极上的ORR反应是决定PEMFC性能优劣的关键因素，因为超过50%的效率损失都来自阴极反应[6]。目前PEMFC的阴极催化剂仍以Pt为主，但因为Pt的资源匾乏，价格昂贵，造成PEMFC成本很高，极大地阻碍了其广泛应用。因此，所以开发成本低廉、ORR催化活性好、原材料丰富的非铂材料或低铂材料来代替Pt/C作为ORR反应的催化剂是降低燃料电池成本的有效途径，同时也是推动燃料电池大规模商业化的一个关键技术[7]。
因碳纳米管高的比表面积、优异的导电性、良好的热稳定性，特别是垂直阵列的碳纳米管因具有整齐的三维空间结构，受到了越来越多的关注，特别是在燃料电池催化剂上的应用。Yang[8]等人首先制备了垂直阵列的碳纳米管，再通过喷淋把含有MO的乙醇溶液的方式使前驱体MO渗入VA-CNTs中，最后再在高温下热处理就能得到MO均匀负载在VA-CNTs阵列的复合材料，测试其在碱性条件下对ORR的催化性能，发现其起始电势接近于Pt/C，且抗甲醇性能和稳定性都优于Pt/C催化剂。
尽管人们已对碳纳米管及石墨烯负载的ORR催化材料进行了广泛研究，但大多数制备方法均采用湿化学反应路径。本论文在前人研究的基础上，首先采用水分辅助化学气相沉积方法制备了垂直阵列的碳纳米管，再用非原
位掺杂方式干法制备了氮硫共掺杂碳纳米管（NS-CNT）并对其ORR催化性能及机理进行研究。
作者：刘云梅