超小且具有精确原子排列的金属纳米团簇,由于其独特的电子结构和不同寻常的物理和化学性质,其在催化、化学传感、电子、生物标记和生物医学等诸多领域具有广阔的应用前景,因而引起了科研工作者们广泛的关注。对于催化应用,由于金属纳米团簇高的分散性、确定的组成和原子精确且可调的结构,使得金属纳米团簇成为一种模型催化剂,有利于人们更好地理解催化剂结构与活性之间的关系。目前,金属纳米团簇在尺寸可控合成、分离、纯化、表征和应用研究等方面都已经取得了巨大的进步。在本论文中,利用不同的硫醇配体,通过简便的湿化学法制备了几种不同的金属纳米团簇,包括铂、钯和镍纳米团簇,同时,对合成的金属纳米团簇进行了一系列的结构表征,并研究了该材料在催化和电化学传感中的应用。具体工作内容和结果如下:1钯纳米团簇的制备、表征及电催化应用(1)通过DMF辅助法和配体交换反应,成功地合成了原子级精确的Pd5(C12H25S)13纳米团簇。将其负载到多壁碳纳米管后进行热解除去配体,得到的表面清洁的Pd5纳米团簇可作为氧还原和乙醇氧化反应的高效电催化剂。测试结果表明,在氧还原反应中,Pd5纳米团簇的质量活性、比活性和稳定性均优于商业Pd/C催化剂。在醇氧化反应中,Pd5纳米团簇具有比商业Pd/C更低的起始电位、峰值电位和更小的电荷转移电阻。(2)利用油胺作为反应溶剂,十二烷基硫醇作为保护配体和还原剂,设计出了一种简单的在常温下合成原子精确的Pd6(C12H25S)11纳米团簇的方法。无配体的钯纳米团簇显示出了超高的4-硝基苯酚还原的催化性能且优于已报道的其他纳米钯基催化剂的效率。该研究不仅为合成超小的金属团簇提供了一种简便的方法,而且还表明亚纳米钯团簇可以作为高效的环境污染物降解催化剂。2铂纳米团簇的制备、表征及电化学应用:(1)在水相中以巯基琥珀酸为配体和还原剂,K2PtC14为前驱体,室温下合成Pt21(C4O4SH5)21纳米团簇。将其负载到石墨烯上,通过热处理除去配体,得到的表面清洁的低铂含量PtNCs/rGO,具有比商业Pt/C更优的氢析出催化活性和良好的稳定性。该工作表明当铂催化剂尺寸降低到团簇尺度时可以显著提高催化性能。同时为提高贵金属的利用率,开发高性能、低成本的团簇基催化剂提供了有效途径。(2)利用油胺在高温时的还原性设计合成了 Pt5(C12H25S)13团簇。将其负载于炭黑上,根据纳米团簇的热重曲线选择了三种不同的温度(300℃,410℃和600℃)进行热处理。实验发现,300℃即可除去配体,由于团簇的负载量低,高温煅烧并没有引发团聚现象。无配体保护的铂纳米团簇可以作为一种非酶传感材料用于高选择性、宽线性范围的多巴胺电化学检测。3镍纳米团簇制备、表征及电化学传感应用:设计了一种简单合成原子级、分子式为Ni6(C12H25S)12镍团簇的方法,并得到了它的单晶结构。该镍团簇由六个镍原子组成一个六角形环,环外有十二烷基硫醇做壳,形成类似于双冠状的结构。镍纳米团簇对抗坏血酸的氧化具有比镍纳米粒子更高的电催化活性。Ni6团簇对抗坏血酸的电化学检测具有宽的线性范围和较低的检测限。本工作不仅为合成原子精确的过渡金属团簇提供了一种简单的方法,而且还表明超小的镍团簇可以作为电化学检测抗坏血酸的高效催化剂。