贵金属铂(platinum，Pt)对氢气氧化反应(hydrogen oxidation reaction，HOR)及氧气还原反应(oxygen reduction reaction，ORR)具有极高的本征催化活性，且能最大程度地保证快速的反应动力学及性能稳定性，被认为是短期内无法彻底替代的氢/氧燃料电池催化剂。然而，在Pt储量、成本及价格反常等不利因素掣肘之下，燃料电池的商业化应用始终困难重重。为缓解乃至消除Pt资源及成本的限制，燃料电池研究的重点始终着眼于Pt催化剂利用率的提升，即低Pt载量下催化活性及稳定性的进一步提升。　　目前燃料电池用Pt催化剂研究开发的方向包括基础的尺寸、构型优化以及进一步的合金化、核壳化设计。就设计思路而言，基础的尺寸构型优化已涵盖了Pt催化剂形貌结构可优化的方方面面。而合金化或核壳化在以非贵金属替代Pt时，可能造成催化剂物理化学稳定性下降，若以贵金属替代Pt，则无法延续降低催化剂成本的优势。另外，提升催化剂整体稳定性的设计思路尚有欠缺;就制备工艺而言，有助于Pt利用率提升的颗粒排列难以分散地、重复性地获得;有利于催化活性优化的特殊构型难以均匀地、大规模地实现。　　因此，有必要在合金化、核壳化之外寻找新的研究方向，开发出能够满足尺寸构型等基础设计、且保证高催化稳定性的燃料电池用纳米Pt催化剂。本研究进行了Pt催化剂‘有序化’的制备探索，旨在获得形貌高度均匀、空间排布高度有序的纳米Pt颗粒阵列，以均匀性确保Pt催化剂活性位点大规模重复性出现，以有序性抑制催化反应中Pt颗粒的团聚降活，从而同时提升Pt催化剂的活性及催化稳定性。有序化制备基于嵌段共聚物自组装模板法(self-assembling of block copolymer，BC)加以实现，其以双嵌段共聚物自组装形成的均一胶团作为Pt催化剂生长模板，可获得高度均匀有序的Pt纳米颗粒阵列。另外，有序阵列的形貌结构可用较少的参数描述其全部特征，其催化性能与构型之间的构效关系将被最大限度地简化。　　研究探索了BC法制备的有序化Pt阵列在纳米颗粒尺寸、间距、形状上的控制，以满足燃料电池用Pt催化剂基础设计的需求，并在电池实际运行测试中评价有序化Pt催化剂阵列的应用价值。研究获得的主要结论如下:　　(1)分别以Ti片及碳纸为载体，用BC法制备了均匀有序的Pt纳米催化剂阵列，研究了不同分子量聚苯乙烯-聚乙烯基吡啶(PS-PVP)胶团原溶液中Pt浓度与阵列颗粒尺寸之间的定量关系。结果表明，Pt颗粒的统计的主要直径（即阵列颗粒尺寸统计中占比最大的直径值，阵列的颗粒直径围绕该值呈近似于理想的单一分布）的三次方与Pt浓度存在线性正比关系:dd3=kCPt，其成立的下限为阵列颗粒尺寸失去均匀性所对应的低浓度，上限为Pt前驱体质子化负载饱和所对应的高浓度，由此可通过Pt浓度调节实现Pt阵列纳米颗粒尺寸的精确设计与连续调控。电化学CV测试表明，通过Pt浓度调控颗粒尺寸，可实现超越115m2·g-1的Pt阵列ECSA值，是同Pt载量JM40％的两倍。可推测优异的ECSA值源自阵列颗粒的分散性及均匀性，其保证了活性位点的充分暴露与大规模周期性出现。　　(2)为进一步实现阵列整体形貌设计并优化阵列催化稳定性，首次探索了多次植入有序Pt阵列对相邻颗粒间距的调控。发现每次植入等效于初始阵列的复制与导向性平移，总植入次数满足3的指数次时，复合阵列出现与初始阵列类型一致的六角式排布，但统计的主要相邻颗粒中心距随植入次数增加规律性下降:ln=l0/3n/2(n=0，1，2…);在颗粒中心距小于颗粒尺寸前，该植入规律始终成立，由此可按设计的植入次数离散地、精确地调控有序Pt阵列相邻颗粒间距。电化学测试表明，植入次数的增加不影响有序Pt阵列的高ECSA值，但可成倍增加催化电流密度;有序Pt阵列催化稳定性超越无序阵列及JM40％，且稳定性随颗粒排布密度降低而升高;当阵列颗粒直径与相邻中心距比值低于0.2～0.3之间的某值，Pt颗粒10000圈CV扫描过程中的团聚被完全抑制，ECSA衰减约为2％，催化稳定性达至最优水平。该优异的稳定性来自于Pt阵列的有序性，其最大限度地避免了颗粒堆积密排区域的存在，充分抑制了Pt纳米颗粒的团聚降活。　　(3)解决了二维阵列密布问题，进一步探索了阵列位颗粒形貌调控机制，采用了封端剂耦合BC法实现有序半球形Pt纳米颗粒阵列向立方体纳米颗粒阵列逐渐过渡的可控制备。通过等离子短暂轰击，发现有序PS-PVP球形胶团阵列可均一敞口，转变为孔洞式阵列模板。该模板可均匀封装Pt前驱体与离子型封端剂的混合溶液，解决传统BC法难以有效兼容封端剂的问题。研究选用HCl作为离子型封端剂，随HCl与H2PtCl6前驱体质量比从0增至0.25，有序阵列的Pt颗粒形状经由自然获得的半球形演变至传统BC法难以实现的立方体。该Pt阵列的立方体构型大规模均一、工艺重复性高，立方体颗粒尺寸、间距控制设计规律与运用球形胶团时的规律可保持一致。　　(4)研究了尺寸、间距可控的有序Pt阵列作为氢/氧PEMFC阴极催化剂的应用情况。研究发现，与尺寸，即与Pt浓度一一对应的阵列总活性面积的对数与ORR动力学损失成反向线性关系，总活性面积每增加n倍电池输出电压增加blgn;与总植入次数成正比的阵列Pt载量的对数与ORR动力学损失成反向线性关系，载量每增加n倍电池输出电压增加blgn。一方面，通过尺寸间距的综合调控，颗粒接近密排的Pt阵列获得了PEMFC最高输出功率，为0.416W·cm-2;且可用1/6载量的有序阵列实现与JM40％相同的电池性能，;另一方面，有序阵列的催化稳定性随阵列形貌的变化规律与对应电池寿命随形貌变化规律一致，寿命最差的PEMFC在100h工作时间，500mA·cm-2的恒流下电压损失仍不足1.1％。上述良好的电池性能证明了有序Pt阵列催化剂在实际运用中的高Pt利用率。　　(5)检测了有序立方体Pt阵列的乙醇氧化(ethanol oxidation reaction，EOR)催化性能。结果显示，立方体Pt阵列的EOR测试前置峰电流密度为JM40％的三倍，前置峰与后置峰电流密度之比达到5.12，且立方体Pt阵列可通过多次植入成倍优化EOR反应的催化电流密度。上述EOR性能来自于阵列Pt(100)面大规模均一的存在、立方体的有序性及工艺重复性。基于BC有序化制备的Pt阵列通过其本征形貌特点在不同类型燃料电池应用中均发挥出独特优势，由此可断定BC法在燃料电池催化剂制备中具有极高的研究及应用价值，而有序化制备可作为未来开发高活性高稳定性兼顾的超低载量Pt催化剂的探索途径。