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氢水液相催化交换反应（LPCE）可用于重水提氚、含氚废水处理及重水生产等,疏水催化剂制备是该工艺的关键技术。本论文以Vulcan XC-72R炭黑为活性金属载体,系统研究了两种高分散度Pt/C催化剂的制备方法,再以泡沫镍（FN）为惰性载体,制备Pt/C/FN疏水催化剂,考查了Pt微观结构及制备条件对疏水催化剂催化LPCE反应活性的影响。采用量子化学计算方法,研究了Pt及Ir、Ru和Fe掺杂的Pt基二元金属表面的LPCE反应机理,并根据理论计算结果选择掺杂元素种类,考查了不同原子比例的Ir、Ru和Fe掺杂的Pt基疏水催化剂对LPCE的催化活性,证实了理论计算的正确性。用乙二醇代替异丙醇,以甲醛为还原剂,采用改进浸渍还原法制备Pt/C催化剂。由于分散溶剂乙二醇对Pt粒子有保护作用,Pt粒径明显低于常规浸渍还原法催化剂。提高溶液pH和反应温度、增加甲醛用量都有助于得到高分散度Pt/C催化剂,Pt粒径大小可通过改变这些制备条件来控制。再用乙二醇为分散溶剂和[PtCl6]2-还原剂,微波快速加热,高温、密闭带压条件下制备Pt/C催化剂。过快或过慢的升温速率都能得到小晶粒尺寸的Pt/C催化剂,但慢速升温Pt粒子易团聚,快速升温Pt粒子分布均匀、无团聚。随体系中水含量的增加,Pt粒子增大;以乙二醇或水溶解氯铂酸,前者Pt粒子大小分布较窄,后者Pt粒子大小差异较大。文献报道一般在敞开体系下进行,反应温度更低,Pt粒径明显更大。采用自然浸渍的方法,将Pt/C及PTFE负载于泡沫镍,首次制备了以高比表面积泡沫镍为惰性载体的疏水催化剂。Pt/C与PTFE混合基本均匀,主要分布在泡沫镍表面的凹陷处,与泡沫镍有较好结合强度。随Pt粒子平均粒径减小,疏水催化剂对LPCE反应催化活性升高。对Pt/C催化剂用H2/N2混合气分别在300℃或500℃还原处理2h、1h,由于Pt单质含量增加,疏水催化剂活性提高,后者更高;改进浸渍还原法、高压微波加热法Pt/C催化剂（分别记为Pt/C-I和Pt/C-M）Pt粒径大小接近,明显小于常规浸渍还原法催化剂（Pt/C-G）,疏水催化剂活性Pt/C-I/FN和Pt/C-M/FN均高于Pt/C-G/FN,由于Pt单质含量更高,Pt/C-I/FN活性又比Pt/C-M/FN高;Cl-的存在会使疏水催化剂活性降低;实验条件下用含量10%、20%和30%的Pt/C催化剂制备疏水催化剂,Pt10/C/FN活性最高;PTFE用量过低,疏水催化剂因疏水性不够而活性较低,PTFE增加可提高催化剂疏水性,但更多Pt表面活性位点被覆盖,位阻效应增加,PTFE用量增加至一定值,催化剂活性下降。基于B3LYP密度泛函理论和电子与振动近似方法,结合统计热力学,得到不同温度下氢气和水蒸汽分子在金属Pt、Ir、Ru和Fe表面吸附、解离反应的热力学函数及平衡压力,分析氢气与水蒸汽分子的吸附行为。氢气以分子形式吸附于金属表面热力学不利,只能以H原子形式与金属原子结合;在金属Ir、Ru或Fe表面,水蒸汽分子倾向于解离成OH（ads）和H（ads）,而在Pt表面,水蒸汽分子只能以完整分子存在。以此为基础研究金属表面氢气和水蒸汽分子的共吸附行为,得到Pt及PtM（M=Ir、Ru或Fe）二元金属表面的LPCE反应机理。Pt表面的LPCE反应机理（以H—D交换为例）为:HD分子在Pt表面解离成H（ads）和D（ads）,超过1个H2O分子再和D（ads）发生作用,得到水合离子（H2O）nD+（ads）（n≥2）及e-,同位素交换通过中间体（H2O）nD+（ads）（n≥2）,在水合层和与直接吸附在Pt表面的D原子间进行。对Ir、Ru或Fe掺杂的Pt基二元催化剂,LPCE还存在另一条反应路径:HD和H2O分子首先在金属表面分别解离成H（ads）、D（ads）和H（ads）、OH（ads）,D（ads）和OH（ads）相互结合成OHD（ads）脱附,而H（ads）与H（ads）结合成H2（ads）脱附,实现HD和H2O的氢同位素交换。因此Pt与掺杂元素间存在协同效应,适量掺杂可能会提高催化剂活性。相同方法研究了H2与CO在Pt表面的共吸附行为。CO占据Pt表面的吸附位后,氢气在其表面解离吸附热力学不利,LPCE反应无法继续进行。在理论计算的基础上,采用高压微波加热法,用甲醛为还原剂,制备了不同原子比例的PtIr（Ru或Fe）/C催化剂,考查了相应疏水催化剂对LPCE反应的催化活性,并研究了500℃还原PtIr（Ru或Fe）/C对疏水催化剂活性的影响。不同比例Ir、Ru或Fe掺杂对催化剂活性金属粒子粒径影响较小,PtFe/C催化剂仍为面心立方结构,但随Ir或Ru原子比例的增加,PtM/C催化剂活性金属粒子趋向于形成非晶态合金;在Pt中适量掺入Ir、Ru或Fe,疏水催化剂活性都有明显提高,Pt与Ir、Ru或Fe的原子比分别为4:1、1:1或2:1时,Pt基二元催化剂活性最高;不对PtM/C还原处理,几种疏水催化剂活性PtFe/C/FN>PtIr/C/FN≈PtRu/C/FN;还原处理后,由于活性金属粒子粒径及金属价态分布变化,Ir和Fe掺杂疏水疏水催化剂活性都有所提高,而Ru掺杂催化剂活性反而下降,三种催化剂活性PtIr/C-500/FN>PtFe/C-500/FN>PtRu/C-500/FN。由上所述,本论文解决了一些制备高活性疏水催化剂较重要的基础问题,建立了一种选择Pt基二元疏水催化剂掺杂元素的理论方法。通过改进碳负载Pt基催化剂制备方法,降低活性金属粒子的粒径大小,适量掺入其它元素,提高Pt及一些掺杂元素的还原度,均可提高疏水催化剂对LPCE反应的催化活性。