摘要: 贵金属纳米材料具备优越的光学、电学和催化性质，是纳米科学领域中最为活跃的分支学科。贵金属纳米材料可将贵金属固有的理化性质与纳米材料的独特性能紧密结合，在光学、电学、生物、能源和催化等领域具有非常广阔的应用前景，已经引起了科研工作者... 展开 贵金属纳米材料具备优越的光学、电学和催化性质，是纳米科学领域中最为活跃的分支学科。贵金属纳米材料可将贵金属固有的理化性质与纳米材料的独特性能紧密结合，在光学、电学、生物、能源和催化等领域具有非常广阔的应用前景，已经引起了科研工作者的高度关注与广泛研究。大量研究表明，贵金属纳米材料的独特性能与其尺寸、组分、形貌、晶面、维度和表面结构等诸多因素密切相关，而贵金属纳米材料的实际应用需要以对其微观结构的可控合成和生长机理的准确解析为基础。因此，合理设计并发展控制贵金属形貌和结构的合成方法及策略，可为贵金属纳米材料的实际应用提供良好的理论指导和实验基础，具有十分重要的价值及意义。 作为材料科学领域中的重要成员，贵金属纳米材料具有比表面积大、表面原子占有率高、表面原子高度配位不饱和等特点。这些特点大大提高了贵金属纳米材料固有的催化活性和化学反应性，使它们展现出相应体相材料所不具备的独特催化性能。在众多具有高催化性能的贵金属纳米材料中，铂（Pt）基纳米材料无疑是最耀眼的一颗明珠。Pt本身具有良好的延展性、导热性和导电性、较高的化学稳定性以及优良的催化活性，是一种非常适合作为催化剂的金属材料。Pt基纳米材料因而成为燃料电池中的一类高性能电催化剂。 本博士论文主要着眼于探索可调控贵金属形貌和精细结构的合成策略，以获得具有清洁表面、独特结构和高催化性能的Pt基纳米材料。我们对所得到Pt基纳米材料的微观结构、形成因素和生长机理进行了系统的探讨和研究，并利用电化学技术重点研究了它们在燃料电池反应中的催化性能。我们还借助量子力学中的密度泛函理论深入分析了Pt基纳米材料结构与性能之间的对应关系。主要研究内容及结论概括如下： 第一章：简介贵金属纳米材料的研究背景，综述Pt基纳米材料的性质、合成及应用等最新研究进展，并阐明本博士论文的选题依据与主要研究工作。 第二章：探索出一种新颖可靠的湿化学还原合成策略，选择性合成了高质量的Pt纳米线和Pt八面体。它们具有不同的形貌和维度，但暴露晶面均为{111}晶面。研究表明，具有一维结构和最小化边/角纳米结构的Pt纳米线是一种优良的电催化剂。 第三章：基于探索出的新型合成方法，拓展并合成了包括 Pt-Ni纳米线在内的一系列二元和三元Pt基合金纳米线。不仅成功实现了一维多组分Pt基合金纳米结构的普适性制备，更为高性能催化剂的制备及应用提供了强有力的研究平台。由于具备独特的一维纳米结构和高密度的{211}和{311}等低配位原子台阶，Pt3Ni合金纳米线在氧还原反应中展现出卓越的催化活性和稳定性，是目前为止所报道的Pt-Ni基氧还原反应催化剂中催化活性最高的纳米材料之一。 第四章：深入研究了层次可控且具有周期性突起表面的Pt-Co合金纳米线。研究表明，这些单晶纳米线的表面具有富Pt的结构和高密度的高指数晶面{310}。由于具备高表面积、合金效应、一维形貌、有序的金属间纳米结构以及高密度的高指数晶面，所合成的Pt-Co合金纳米线在氧还原反应和醇类氧化反应中展现出高催化活性和卓越的稳定性，是目前为止Pt-Co基合金纳米材料中氧还原反应催化活性最高、稳定性最好的电催化剂。该研究对于精细调控一维Pt基纳米材料表面结构，合理设计高指数晶面以及有序金属间纳米结构，以实现对纳米材料催化性能的有效调控具有极其重要的价值和意义。 第五章：利用湿法合成策略，首次高产率合成了拉应力和压应力共存的PtPb/Pt核/壳结构纳米六方片。这是首次可规模化合成二维Pt基核/壳结构纳米材料的报道。所合成的PtPb纳米六方片具有独特的纳米结构，其内核为具有六方晶相的有序PtPb金属间纳米结构，壳层为具有立方晶相的4～6层Pt原子。纳米片外部Pt(110)表面上的高强度拉应力、二维形貌以及有序金属间相等因素使其在氧还原反应和醇类氧化反应中展现出卓越的催化活性和突出的催化稳定性，因而成为燃料电池中的新型高性能纳米催化剂中的一员。该研究解决了长期以来存在的由于强各向异性而难以合成二维Pt基纳米材料的难题，为高性能二维Pt基纳米材料的制备及应用开辟了新的研究途径。 收起