铂族金属纳米粒子由于具有优异的催化性能,已被广泛地应用于燃料电池,石油化工,汽车催化转化器等领域。但是,稀缺的资源及昂贵的价格严重地限制了它们的应用。为了满足工业上日益增长的需求,如何提高它们的催化活性和催化效率就成为了它们在工业催化领域应用的一个关键问题。高指数晶面纳米粒子的成功合成为解决这一问题提供了一条新的途径。高指数晶面是指密勒指数{hk1}中至少有一个指数大于1的晶面。这类晶面拥有高密度的低配位原子,这些原子分布在具有高活性的催化位点,如台阶、棱边和扭结位点处。因此,高指数晶面纳米粒子表现出了极大的应用潜力。本文应用分子动力学方法,对高指数晶面铂族金属纳米粒子的结构稳定性和热稳定性进行了系统的研究,研究内容主要有以下三个方面:在第一部分中,应用分子动力学模拟系统地研究了不同高指数面的Pt纳米粒子的结构稳定性、热稳定性以及结构演化,这些高指数面分别是由{hk0}所围成的二十四面体,由{hkk}面所围成的偏方三八面体,由{hhk}面所围成的三八面体。计算的结果表明:由{221}面所组成的三八面体纳米粒子具有最好的结构稳定性和热稳定性,而由{410}面所组成的二十四面体具有最差的结构稳定性和热稳定性。这些纳米粒子的形状稳定性一般是遵从由偏方三八面体、二十四面体、三八面体依次降低的顺序。对于相同形状的多面体,它们的结构稳定性,热稳定性以及形状稳定性都遵从{2kl}>{3kl}{4kl}的顺序依次降低;进一步的分析发现,更大比例的表面高配位数原子(配位数>=9)有利于提高纳米粒子的热稳定性和形状稳定性;通过总结不同高指数面的热力学稳定性和形状稳定性的规律,对高指数面金属纳米粒子的表面结构和热力学演化提供了一个更为深入的理解。第二部分运用分子动力学模拟研究了高指数面围成的Rh二十四面体纳米粒子的热力学稳定性和形状演变。林德曼指数,扩散系数和形状因子被用于探究加热过程中纳米粒子的熔化行为和形状演变过程。计算结果表明,{210}面构成的二十四面体的热力学稳定性和形状稳定性比{310}和{830}面的更好,而{310}和{830}面围成的二十四面体的热力学稳定性和形状稳定性基本相同。由于{830}面是由{210}和{310}子面构成,因此{830}面的二十四面体的稳定性主要由稳定性较低的{310}子面决定,这个规律也可以推广到其它复杂高指数面的金属纳米粒子中。进一步的分析发现,更高的表面原子配位数导致了更低的表面扩散率,从而增强了它们的热稳定性和形状稳定性;本章的研究对高指数面Rh纳米粒子的热力学性质提供了一些更深入的了解,从而对复杂高指数面金属纳米催化剂的开发和设计具有重要的指导意义。第三部分应用分子动力学模拟系统的研究了不同成分比例的Au@Pd@Pt核壳结构三金属纳米粒子的热力学稳定性,采用共近邻分析法和林德曼指数描述了它们在加热过程中的熔化行为和局部结构变化。计算的结果表明:Au@Pd@Pt纳米粒子的热力学稳定性强烈的依赖Au和Pt的比率;当Au核的厚度不变时,纳米粒子的熔点随着Pt层厚度的增加而升高;相反地,当Pt层厚度固定时,纳米粒子的熔点随着Au层厚度的增加而降低;此外,对于大部分的纳米粒子,它们的熔化过程都是从表面开始并逐渐向内部扩散;然而,当Au核的厚度较大时,熔化过程将会起始于内部;由于Au,Pd,Pt的晶格常数差异,在较大或中等厚度Au核的纳米粒子中出现了堆垛层错;随着温度的升高,这些堆垛层错在700K左右开始逐渐减少并在熔点附近完全消失。这些结果表明Au@Pd@Pt纳米粒子的热力学稳定性可以通过控制三种成分的比例而进行有效的调控。由于核壳结构多元纳米粒子的潜在应用前景,这为合成具有良好催化性能和高稳定性的三金属甚至多金属纳米粒子提供了一定的理论指导。