由于其独特的物理化学性质,金(Au)纳米颗粒在催化、表面增强拉曼散射、生物医学和生物探测等众多领域都有广阔的应用前景。然而,金纳米颗粒的物理化学性质依赖于其形貌和尺寸等。例如,和具有低指数晶面的金纳米颗粒相比,高指数晶面的金纳米颗粒表面具有高密度的原子台阶、边缘部位和扭结等,这些可以作为催化反应的活性位点,所以具有更高的催化性能。此外,它们尖锐的顶角和边缘位置能够产生强烈的电磁场增强,可以大大提高其表面增强拉曼性能。所以可控合成具有高指数晶面的金纳米颗粒可以同时实现其催化性能和表面增强拉曼性能的提高。由于两种金属间协同效应的存在,核壳结构双金属纳米颗粒比单一金属纳米颗粒具有更多的功能和更优异的性能。例如,通过把超薄钯(Pd)层直接沉积在具有高指数晶面的金纳米颗粒表面得到核壳结构的金钯(Au@Pd)纳米颗粒,不仅可以增强其催化性能,还可实现催化反应和原位表面增强拉曼监测的结合。但是,目前由于钯前驱体的用量很大,钯的利用率较低,所以合成的核壳结构的金钯纳米颗粒通常具有很厚的钯层,这会大大降低其催化性能。此外,由于钯的等离子体共振性能较差,厚的钯壳层还会导致所得核壳结构的金钯纳米颗粒的表面增强拉曼性能大大降低。所以,迫切需要一种能够严格控制钯层厚度的新方法,实现具有超薄钯层的高指数晶面核壳结构的金钯纳米颗粒的制备。此外,由于铂(Pt)在质子电解液膜燃料电池中作为催化剂时表现出的高成本、低活性以及稳定性较差等缺点,因此获得具备高电催化活性和稳定性的含铂催化剂依然是个紧迫的任务。含铂催化剂不仅要降低铂的使用量,而且还要提高其电催化性能。此外,若金存在于含铂催化剂中,会大大提高其稳定性。然而,由于金和铂之间表面能的限制,在金纳米颗粒表面直接沉积铂来制备高催化活性的金铂催化剂,还是相对比较困难的。但钯和铂之间有很好的相容性,金和铂之间表面能的限制问题可以通过加入钯来解决。但是,对于三金属核壳结构的纳米催化剂来说,过渡层的质量是非常重要的,因为它会直接影响其催化性能。因此,为实现其催化性能的增强,通过选择具有合适的晶面的金纳米颗粒作为核,在金核和铂壳层之间形成完美的过渡层将是非常有意义的。基于以上问题,本论文以高指数晶面金基纳米颗粒的制备及应用为研究目标,首先,通过种子生长法制备了 70nm的二十四面体金纳米颗粒,然后再用它们作为种子,成功制备了尺寸范围为60～255 nm的{331}晶面二十四面体金纳米颗粒。接着,通过调节十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)生长溶液的pH值,在不同形貌金纳米颗粒({331}晶面二十四面体、立方体和球形)的表面成功实现了原子层厚度的钯的外延生长。最后,通过加入两批次的还原剂抗坏血酸,在具有{331}晶面的二十四面体金纳米颗粒的表面生长了高质量的过渡钯层和均一的钯铂合金壳层,从而得到超支化的,具有二十四面体形貌的核壳结构金钯铂(Au@PdPt)纳米颗粒。具体研究内容如下:在第二章中,首先探究了在CTAC溶液中制备的金种子对二十四面体金纳米颗粒的晶面指数的影响。用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)配体包覆的金颗粒作为种子,能够得到{221}晶面的二十四面体金纳米颗粒。而用CTAC配体包覆的金颗粒作为种子,可以成功制备出尺寸可控的{331}晶面的二十四面体金纳米颗粒。另外,经过探究发现,{331}晶面二十四面体金纳米颗粒的电催化性能和表面增强拉曼性能都具有尺寸依赖性。和多孔金纳米颗粒(0.088mAcm-2)相比,尺寸为110nm的{331}晶面二十四面体金纳米颗粒(0.178mAcm-2)碱性条件下催化甲醇氧化的催化活性更强。500圈循环测试之后,{331}晶面二十四面体金纳米颗粒的电流密度下降了不到百分之七。尺寸为175 nm的{331}晶面二十四面体金纳米颗粒表现出最优异的表面增强拉曼性能。当对氨基苯硫酚的浓度为3×10-6M时,对氨基苯硫酚a1模式的增强因子可以达到109。这是因为和球形金纳米颗粒相比,二十四面体金纳米颗粒的尖锐顶角使其具有更强的表面增强拉曼性能。在第三章中,通过调节CTAC水溶液的pH值和钯前驱体的用量,实现了具有几个原子层厚度的超薄钯层在金纳米颗粒({331}晶面二十四面体、球形和立方体)表面的外延生长。以{331}晶面二十四面体Au@PdnL(n代表钯原子层的个数)纳米颗粒为例,钯在最优的pH值下能够外延生长的最大壳层厚度为4个原子层。和商业钯碳(Pd/C)(31 m2g-1,0.2 AmgPd-1 和 0.6mAcm-2)相比,所得二十四面体 Au@Pd1L 纳米颗粒(100.9m2g-1,13.2A mgPd1 和 13.1mAcm-2)对乙醇氧化的电催化活性和稳定性都有很大的提高。它们的活性比表面积(ECSA),质量比活性和面积比活性分别是商业Pd/C的4.8,66和21.8倍。此外,所得二十四面体Au@Pd1L纳米颗粒不仅能够显著提高还原对硝基苯酚的化学催化活性,还能实现用表面增强拉曼对钯催化还原对硝基苯硫酚的反应过程进行原位监测。在第四章中,通过加入两批次的还原剂抗坏血酸,在{331}晶面二十四面体金纳米颗粒的表面生长过渡钯层和均一的钯铂(PdPt)合金壳层,从而得到超支化的,具有二十四面体形貌的核壳结构金钯铂(HTCS Au100@Pd20Pt20)纳米颗粒。通过调节钯、铂前驱体的量以及钯和铂的配比,可以得到最佳厚度和组成的HTCS Au100@PdxPty纳米颗粒(其中x和y分别指钯和铂相对于金的摩尔比)。因为金核表面长满细小的钯铂多枝,所以其活性比表面积可以高达55.4m2 gPt-1。以甲醇和甲酸的催化氧化为例,选择了具有不同晶面的三种类型的金核,探究过渡钯层对于核壳结构的纳米颗粒催化性能的影响。通过比较它们的电化学性能,HTCS Au100@Pd20Pt20纳米颗粒的电化学性能增强主要归功于二十四面体金纳米颗粒和结晶度高的PdPt合金壳层之间的电荷转移增强,以及独特的多枝状的钯铂合金壳层和核壳结构。和商业铂黑以及其他形貌的Au@PdPt纳米颗粒相比,得到的HTCS Au100@Pd20Pt20纳米颗粒对甲醇和甲酸的催化氧化表现出更优异的催化性能。除此之外,由于具有优异的抗一氧化碳中毒能力,HTCS Au100@Pd20Pt20纳米颗粒表现出了最好的稳定性。在第五章中,我们对现有的工作进行了总结与展望。综上所述,我们制备出了均一的具有高指数晶面的金纳米颗粒,具有超薄钯层的金钯核壳双金属纳米颗粒和超支化的,具有二十四面体形貌的金钯铂三金属纳米颗粒,大大拓展了金基纳米颗粒在催化和表面增强拉曼领域的应用。