随着全球能源需求和环境问题的日益增长,大力发展清洁和可持续能源迫在眉睫。氢能（H2）被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,将在世界能源结构中占据重要的地位。但是由于对储能介质要求较高,氢能也很宝贵,需要合理利用。除了氢能的高效利用外,提高产氢活性也是一种有效途径。负载型金属催化剂在高效加氢和产氢领域均有着广泛的应用,其中,金属Cu因成本低廉和独特的电子排布方式（半满的4s轨道）,无论是作为催化剂还是助剂都备受关注。与单金属催化剂相比,合金催化剂通常会表现出优异的催化性能,这得益于其整体、配体和几何效应。合金催化剂的结构具有多样性,包括随机合金、金属间化合物和单原子合金,具有不同结构的合金在特定反应中的性能有所差异。因此,选择合适的制备方法,根据不同类型催化反应的特点,设计并构筑匹配的合金结构具有重要的意义。层状复合金属氢氧化物（LDHs）是一类阴离子型层状化合物,因其具有组成可调控性和兼容性、层板金属呈原子级分散的特性及其结构拓扑效应等,在制备负载型金属催化剂方面表现出了显著优势,同时也是构筑不同类型合金催化剂的理想研究平台。乙烯原料气中炔烃杂质的选择性加氢是石油化工领域中的重要反应过程,同时也是绿色氢能高效利用的一种重要体现。负载型Pd基催化剂由于其具有较高的活性,因此在乙炔选择性加氢中被广泛使用,但其乙烯选择性通常较低。此外,乙炔选择性加氢作为一种典型的强放热反应（总反应焓变为-175.7 k J/mol）,催化微区热效应对乙烯选择性和稳定性也具有重要的影响。因此,本论文以提高乙炔选择性加氢反应性能为目标,基于LDHs结构拓扑效应,采用电置换法制备了PdCu单原子合金（SAAs）催化剂,并通过调整Cu含量制备了两种不同分散结构的Pd-Cu双金属催化剂作为对比,在本征动力学及微区热效应层面,阐明了SAAs结构的构筑对乙炔选择性加氢性能的本质影响。采用球差校正的HETEM和原位CO红外证明了Pd物种以单原子态分布于Cu纳米颗粒表面。通过对比发现,在本征动力学区,PdCu-SAA催化剂表现出优异的乙烯选择性（100%）,主要归因于高分散的Pd位点改变了中间体的吸附方式,降低了其脱附能。在非本征动力学区,SAAs催化剂的高乙烯选择性得以保持（＞97%）,但两个对比样品在非本征动力学区选择性显著下降（选择性分别为61.31%和79.08%）,SAAs催化剂优异的催化性能得益于微区反应生成热和传热的协同控制。结合化学吸附、瞬态平面源法和反应热计算,分别建立了Pd分散结构与单个活性位反应热、Cu原子连续度和导热率之间的关系。从反应热角度分析,单原子合金中极高的Pd分散度（96.3%）有利于分散单个活性中心生成的热量,使单个位点反应热从41.1k J/（g·s）显著降低至21.3 k J/（g·s）,有效避免了热点的生成;从导热角度分析,PdCu-SAA催化剂中Cu原子连续度较高,导热系数从0.4 W?m-1?k-1增加到0.6 W?m-1?k-1,强化了热传导效率。随制氢技术的发展,光催化水产氢被认为是具有前景的氢能开发方法,然而受到光催化剂载流子复合率限制,该过程的效率尚不理想。因此,引入空穴清除剂以提高析氢效率是一种常用的策略,但这不可避免地导致生产成本的增加和空穴氧化能力的浪费。利用可再生生物质资源5-羟甲基糠醛（5-HMF）代替传统的光催化制氢牺牲剂,可在提高产氢效率的同时,实现生物质资源的高值转化。在光催化反应中,Cu催化剂因其独特的物理化学性质,表现出等离子体共振（SPR）效应,可以显著提高光吸收能力,但吸附氢能力较低。针对这一问题,本论文选择具有高功函数的Pt作为第二金属组分,将其与Cu合金化,可控制备了Pt Cu随机合金光催化产氢耦合生物质氧化催化剂,并揭示了催化作用机制。具体而言,基于LDHs网阱限域和结构拓扑转变效应,利用改进共沉淀法制备了Pt Cu合金催化剂,并制备了单金属Pt和Cu催化剂作为对比。HRTEM、EDS和H2-TPR表征结果证实了Pt Cu纳米合金结构的成功构筑及Pt和Cu间较强的相互作用。性能评价结果表明,Pt Cu合金光催化剂产氢速率可达1160.8μmol?g-1?h-1,2,5-呋喃二羧酸（FDCA）和2,5-二甲酰基呋喃（DFF）产量分别为129.6μmol/g和46.0μmol/g,远高于两个参比样品。利用HRTEM和原位CO-IR表征结果证实了Pt Cu合金催化剂的高催化活性归因于其具有较高金属分散度（78.6%）和线式吸附比例。此外,XPS和原位CO-IR进一步表明Pt Cu合金中Pt和Cu原子之间独特的电子相互作用（即合金化后Pt原子的总电子数增加,但d电子密度较小）有助于增强光催化氧化能力和产氢活性。进一步利用紫外-可见光谱、光电化学和PL光谱测试证明,Pt Cu合金可以有效地提高光吸收能力和促进光生电荷的分离及转移,从而提高了5-HMF的光催化氧化生成DFF与FDCA和水产H2的耦合反应性能。