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近年来,由于传统化石燃料的广泛使用造成了环境污染、气候变化和能源危机等问题,人们己经意识到未来社会的可持续发展,必须要建立在可持续能源的开发和利用的基础上。作为一种基本上没有污染并且能够高效的将化学能转换为电能的电化学装置,燃料电池己经成为解决有关环境污染和能源危机问题的一个有效措施,具有非常重要的应用价值。贵金属铂及其合金材料是目前低温燃料电池中广泛使用的阳极和阴极的电催化剂。但是,由于铂的储存量有限,价格昂贵,阴极氧还原反应(ORR)动力学低,室温操作时容易被CO毒化等,限制了燃料电池的商业化应用。所以,研究和开发低成本、高催化活性的新型催化剂仍然是一个重要的挑战。本论文主要致力于制备低贵金属组分的新型催化剂,并研究它们的结构和电催化性能,探索它们在电催化领域的应用前景。具体的研究内容如下：1.树枝状PtCo合金纳米催化剂的制备与电催化性能研究我们通过一种简单的化学方法一步合成了树枝状PtCo合金纳米催化剂：在相对温和的条件下,以乙酰丙酮铂[Pt(acac)2]和乙酰丙酮钴[Co(acac)2]作为反应前驱物,无水乙二胺和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分别作为溶剂和表面活性剂,同时加入了一定量的NaBH4作为还原剂。X-射线粉末衍射(XRD)花样说明我们制备得到了PtCo合金催化剂,结合透射电子显微镜(TEM)的表征结果显示该催化剂呈现出分散性良好的树枝状形貌,并且具有很好的结构连续性和完整性。作为阴极电催化剂,PtCo合金催化剂的ORR半波电位在0.877V,这与商业铂碳(Pt/C-JM)催化剂的0.828V相比,电位正移了～50mV,这说明催化剂的ORR活性在Pt与Co合金化后得到了有效的提升。电位在0.9V(相对于可逆氢电极)时PtCo合金纳米催化剂的质量比活性和电化学面积比活性的大小分别为0.11A mgPt-1和0.68mA cm-2,分别是Pt/C-JM催化剂的1.5倍和4.5倍左右,这也表明PtCo合金催化剂具有更高的ORR活性。与商业Pt/C-JM催化剂相比,树枝状PtCo合金催化剂对甲醇和甲酸也表现出较为优越的电催化性能。以上结果表明,PtCo催化剂中钻原子的加入不仅改善了催化剂的抗中毒性能,同时有效提高了其催化活性,预示着这一树枝状PtCo合金在电催化领域和燃料电池中有很大的应用潜力。2.介孔外壳的PtAg空心球状颗粒的制备与电催化性能研究我们研究了一种简单制备具有介孔外壳的PtAg空心球状颗粒的方法。作为一种无负载的催化剂,它表现出比商业Pt/C催化剂更好的电催化活性。首先,我们使用反应釜,在乙二醇体系里合成了Ag@Pt核壳纳米颗粒,然后将制备得到的这种Ag@Pt核壳纳米颗粒用浓硝酸腐蚀以后便得到空心的PtAg-HMSs。再经过160℃下的退火处理,得到了结晶性好、稳定的具有介孔外壳的PtAg空心球形颗粒(a-PtAg-HMSs)。该催化剂在ORR、甲醇和甲酸的电化学氧化反应中都表现出比商业Pt/C催化剂更好的催化活性。一氧化碳扫除实验中,在a-PtAg-HMSs催化剂上的低电位说明在该催化剂上CO更容易被氧化去除掉,表现出更强的抗中毒能力。3.多孔Pd-Au双金属纳米结构的制备与电催化性能研究近年来,纳米多孔金(NPG)因为其具有良好的导电性和高比表面积,已经在催化上得到了广泛的关注,成为材料化学领域的一个研究热点。由于Pd-Au合金具有独特的物理化学性质以及广泛的工业应用,对于Pd-Au合金纳米结构的制备具有独特的意义。在这里,我们采用简单的化学沉积的方法,成功的将Pd沉积到NPG表面,制备了一系列的Pd-Au双金属纳米结构。我们分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量散射光谱(EDS)、高分辨电子显微镜(HRTEM)、UV-vis光谱、X射线光电子能谱(XPS)和电化学方法等对制备的Pd-NPG材料的结构和表面性质进行了表征。研究结果显示Pd成功地外延生长在NPG表面,从而形成了一种核壳结构的纳米多孔复合材料。本文探索了该薄膜的基本电化学性质,及对甲酸的电催化性能。循环伏安测试结果表明,与商业Pd/C催化剂相比,沉积4小时的NPG-Pd薄膜在酸性介质中对甲酸的电催化活性提高了两倍多。4.还原态氧化石墨烯负载钯基双金属纳米催化剂(Pd-M, M=Co, Ni)的制备与电催化性能研究石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只有一个碳原子厚度的二维材料。它具有结构独特、比表面积大、电阻低、稳定性高和可吸附能力强等特点,在作为催化剂载体方面有着很好的应用前景。本章中,我们采用Hummers法,通过石墨的氧化和剥离,制备了氧化石墨烯(GO)。然后,通过简单的化学共还原方法成功制备了还原态氧化石墨烯(RGO)负载钯基双金属纳米颗粒(PdCo、PdNi)的催化剂,分别采用TEM、 EDS、ICP和电化学技术对制备的材料进行了表征和测试,并研究了RGO-PdCo复合物对甲酸的催化氧化性能。