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解决现今存在的环境污染、能源短缺等问题的手段之一是开发新型清洁能源技术（如燃料电池和电解水等）。然而由于这些能源技术涉及到的重要电极反应的反应动力学缓慢,从而限制着它们整体的性能。目前商业催化剂仍然是Pt为代表的贵金属电催化剂,但其资源稀缺、储备量少、成本较高,并且抗中毒性能差。因此,如何开发出低负载并且同时具有高电催化性能的贵金属电催化剂仍是当前研究的热点之一。众所周知,在贵金属电催化剂中,改变贵金属的d电子结构,能够提升其对氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）的催化性能。铂族贵金属纳米材料的电子结构通常随其尺寸和形貌的变化而改变,而且也与其表面的金属组分、缺陷等密切相关。由于纳米线状的贵金属气凝胶具有高密度活性位点和高长径比等本质优势,因此贵金属气凝胶的相关研究在最近几年得到了广泛关注。另外,多元贵金属纳米材料还可以有效利用各组分之间的协同效应、电子效应和应变效应等来增强其电催化活性。而且,贵金属元素Au由于具有很好的抗CO中毒能力,因此,它常被广泛用于铂族贵金属电催化剂中来提高催化剂的稳定性。另一方面,贵金属电催化剂的催化性能还依赖于其表面晶面组成及比例。因此,这些贵金属电催化剂的构-效研究结果对于制备性能优异的电催化剂具有重要的指导意义。因此,本文围绕以金基铂族（Pt、Pd和Ir）贵金属气凝胶催化剂的制备及其在电催化中的应用为研究目标,利用纳米线状气凝胶的结构特点及晶面调控,S元素掺杂以及合金化效应等策略制备出一系列金基铂族气凝胶电催化剂,然后分别测试了它们在ORR和HER中的催化活性和稳定性。全文共分为五章（其中第一章为绪论）,具体研究内容如下:在第二章中,由于巯基（-SH）与铅离子（Pb2+）之间的螯合作用,单分散的金纳米团簇首先在Pb2+离子诱导下自组装形成具有纳米线网状结构的金纳米团簇疏松聚集体。接着,通过硼氢化钠还原金纳米团簇疏松聚集体得到硫掺杂的金铅（S-AuPb）纳米线网。然后通过调控作为模板的S-AuPb纳米线网中Pb和S元素的含量、溶液pH和Pt（Ⅳ）离子浓度等反应参数,实现了 Pt在S-AuPb纳米线网表面的保形生长,最终得到了具有最佳PtS含量的硫掺杂的金铅铂（S-AuPbPt）合金气凝胶。另外,X射线光电子能谱（XPS）和密度泛函理论（DFT）计算的结果表明S-AuPbPt合金气凝胶中适量PtS能够显著降低Pt的d带中心和提高Pt活性位点的抗氧化性,进而保证Pt表面在ORR中具有更强的催化活性和的结构稳定性。如所料,具有最佳PtS含量的S-AuPbPt合金气凝胶在酸性介质中表现出优异的ORR催化性能（起始电位（E。nset）和半波电位（E1/2）分别为1.047 V和0.921 V vs.RHE）和HER催化性能（Eonset和在10mA cm-2处的过电位（η10）分别为-2 mV和12 mV vs.RHE）,同时表现出优异的耐久性。在第三章中,通过硼氢化钠用量来调节作为模板的硫掺杂的金铅（S-AuPb）气凝胶中的硫物种（PbS和PbS2）含量,然后实现Pd在模板表面的保形生长,最终得到了具有最优比例的桥联（bridging,简称B）S22-配体（PdS2）和顶端（apical,简称A）S2-配体（Pd2.8S）的硫掺杂的金钯（AuPd-SB67A33）气凝胶。因为AuPd-SB67A33气凝胶中PdS2和Pd2.8S具有最优的比例,所以它们中Pd的d带中心被调节到非常适宜于ORR。另外,在AuPd-SB67A33气凝胶表面形成AuPd、Pd2.8S和PdS2合金,不仅可以实现Pd活性位点的高度分散,还可以提高其抗氧化性,从而显著提高其在ORR中的催化活性。如所料,AuPd-SB67A33气凝胶在碱性介质中表现出优异的催化活性。例如,它们的Eonset和E1/2分别为1.067 V和0.970 V（vs.RHE）,分别比商业Pt/C催化剂（1.032 V和0.885 V）高35 mV和85 mV。此外,它们在0.9 V处的动力学电流密度（41.67 mA cm-2）、质量活性（2.60 A mgPd-1）和比活性（2.67 mA cm-2）分别是商业 Pt/C 催化剂（3.34 mA cm-2、0.13 A mgPt-1 和 0.22 mA cm-2）的 12.5、20 和 12 倍。另外,AuPd-SB67A33 气凝胶也展现出优异的耐久性。在第四章中,利用乙二醇作为溶剂和还原剂,通过调节反应温度和Ir（Ⅲ）离子注射速率等反应参数实现了 Ir在作为模板的S-AuPb气凝胶表面的保形生长,得到具有最优HER性能的硫掺杂的金铱（OR180-AuIr-SB46A54）气凝胶（OR180中OR代表奥斯特瓦尔德熟化,上标数字代表反应温度为180℃）。所制备的OR180-AuIr-SB46A54气凝胶在0.5 M硫酸溶液中的η10仅为13mV,比商业Pt/C催化剂（28mV）低15 mV;在-0.05 V处的质量活性（13.8 A mg Ir1）和-0.07 V处电流密度（320.7mAcm-2）分别是商业Pt/C催化剂（2.0Amg Pt-1和71.8 mA cm-2）的6.9和4.5倍。另外,所制备的OR180-AuIr-SB46A54气凝胶也展现出优异的稳定性。据发现不同温度（T）下所制备ORT-AuIr-S气凝胶的HER活性与其{100}晶面含量极其相关。这可能是因为Ir的各晶面对氢的吸附能力为{100}＞{110}＞{111},并且ORT-AuIr-S气凝胶表面含有适量比例的{100}晶面时,能够平衡反应物的吸附和产物的解吸附,进一步提高HER的反应动力学。因此,表面含有适量{100}晶面比例的OR180-AuIr-SB46A54气凝胶表现出了最好的HER催化活性。在第五章中,对以上工作进行了总结与展望。综上所述,在本论文中制备了一系列金基铂族气凝胶,然后分别探究了它们作为ORR和HER电催化剂的催化性能,最后筛选出具有优异的催化活性和稳定性的三种金基铂族气凝胶（S-AuPbPt合金气凝胶、AuPd-SB67A33气凝胶和OR180-AuIr-SB46A54气凝胶）。