质子交换膜燃料电池的最佳燃料为氢气,但氢气的贮存、运输、安全等问题极大限制了该电池技术的商业化推广。水合肼是有效的液体储氢材料,在铑基催化剂的作用下可以实现水合肼的高效分解,给纯氢燃料电池提供了新的思路。以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池(直接甲醇燃料电池)具有燃料易存储与运输、结构简单、能量效率高等优点,具有广阔的应用前景。但是,燃料电池的成功商业化应用还需要在提高催化剂性能和稳定性的同时降低成本。双金属催化剂具有独特的组分与结构优势,被认为是甲醇燃料电池催化剂的理想选择。本文围绕燃料电池的燃料高效制备、催化剂合理设计和载体的有效开发等主要关键问题展开,研究铂基、铑基双金属纳米晶的可控制备和催化性能,总结全文工作,取得了以下主要创新成果：(1)采用油胺作为溶剂和还原剂,一步热注入法合成了Au-Pt核壳结构星形十面体,并应用到燃料电池的阴极氧还原反应中。胺基团的引入降低了铂纳米晶的表面能,成功实现了Au-Pt纳米晶的外延生长,并在原子尺度调控Pt外延层的厚度。对比循环测试30000次前后的氧还原反应催化性能,可知金核的引入有效提高了复合结构的催化活性和稳定性。(2)采用油胺为溶剂,合成了不同组分的Au-Pt核壳结构催化剂,应用于甲醇氧化反应中。Au-Pt纳米晶催化剂独特的孪晶十面体结构、Au核与Pt壳层间的协同作用,共同提高了甲醇氧化反应的催化活性,并增强了抗CO中毒能力。(3)利用溶剂热法制备了不同组分的Pt-Cu合金八面体纳米晶,应用于甲醇氧化反应中。研究发现氯化铜前驱体中的Cl-离子能够选择性调控铜原子的欠电位沉积(UPD)晶面,是八面体纳米晶形成的关键。由于Pt、Cu双金属间的协同作用,合金八面体表现出优于商业铂碳催化剂的催化活性和抗中毒性。(4)设计获得镶嵌型结构Pt/CeO2纳米棒,这一复合结构明显提高了Pt纳米晶的热稳定性。利用Ce3+与Pt2+离子在固液界面处自发的氧化还原反应,实现了镶嵌型Pt/CeO2这一新型催化结构的制备。同时利用透射电镜原位加热技术比较350-600℃区间内镶嵌型与负载型结构中颗粒烧结情况,探究烧结机制,证实了镶嵌型结构在高温稳定性方面的优势。(5)采用种子生长法,制备了一系列不同组分的Au-Rh核壳结构星形十面体；利用I3-/I-离子作为刻蚀剂选择性刻蚀Au纳米晶内核,制备了空心Rh框结构纳米晶。制备获得的铑基催化剂应用到水合肼分解制氢反应中,与Rh/C催化剂相比,具有更较好的分解效率和选择性。