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铂族元素是非常重要的金属材料,可用于医药、气体传感器的活性材料,还可以作为催化剂广泛应用于电催化、催化加氢、催化裂解等化学反应中。实现催化剂催化性能的可控调节,不仅是石油化工行业的重要目标,而且具有非常重要的学术意义。目前,调节催化剂性能的手段主要包括小分子修饰,加入载体或引入第二金属构造双金属催化剂等。对于核壳结构或合金结构的双金属复合物,金属间的比例、几何效应和电子效应三个因素无法独立调节,因此实现对双金属催化剂的催化性能可控调节仍然是一个巨大的挑战。设计新型结构双金属催化剂是一种可行的解决方法。本论文主要针对双金属催化剂的结构设计及性能研究开展研究工作,为实现双金属催化剂性能的可控调节奠定良好基础。本论文首先研究了Pt/C和Cu/C两种单金属催化剂对对氯硝基苯的催化氢化的性能研究。研究结果表明,Pt/C催化剂催化卤代硝基苯氢化反应活性很高,反应速率可达11.85 molCNBmolPt-1s-1,但存在明显的脱氯现象。而Cu/C催化剂对该反应在相同条件下没有表现出任何活性。在上述工作基础上,我们设计制备了两种不同结构的铂-铜金属催化剂来探讨电子效应和几何效应对催化性能的影响。室温条件下,通过调整不同的制备顺序,利用超细纳米粒子的碰撞作用制备了Cu/C-Pt和Pt/C-Cu两种结构的催化剂。Cu/C-Pt催化剂是在活性炭上先负载超细纳米Cu,后沉积Pt胶体纳米粒子的方法制备;Pt/C-Cu是在上先负载Pt胶体纳米粒子,后铜氨配合物挥发生成的氢氧化铜沉积到Pt/C上,在常温下通过NaBH4还原制备。通过HRTEM、STEM、XRD等手段研究了催化剂的组成和结构。研究结果表明催化剂的活性组分Pt基本保持了原有的晶格结构,且没有观察到明显合金结构的形成。通过对两者类型催化剂上对氯硝基苯的选择性加氢性能研究,我们发现,相比于Pt/C催化剂,我们合成的两种催化剂催化活性均有下降,但是对氯苯胺的选择性却有显著提高;其中2Cu/C-2Pt催化剂上对氯苯胺的选择性高达99.5%。Cu/C-Pt催化剂中铜含量的增加会导致其催化活性逐渐减低,同时对氯苯胺的选择性会逐渐提高,脱氯副反应速率逐渐减弱。相比于Cu/C-Pt催化剂,我们合成的同样负载比例的Pt/C-Cu的催化活性更低,虽然氯代硝基苯没有完全转化,但脱氯副反应得到完全抑制。新型结构催化剂在室温、常压下合成,制备条件非常温和。因此催化剂中铂与铜在室温下的作用直接关系到催化剂活性成分的结构。为了研究新型催化剂的结构,设计制备了PtCu-PVP,Pt-PVP/Cu-PVP等纳米复合物催化剂。研究结果表明,在室温下Cu原子向Pt纳米胶体中扩散形成合金是很困难的,特别是在铜量不足的情况下尤为困难。同时研究结果表明,室温条件下,足量的Cu2+可在液相中被还原并扩散到Pt颗粒内形成铂-铜合金。本论文最重要的工作是探讨了电子效应和几何效应对催化剂活性及选择性的影响。原位XPS表征结果表明,Cu/C-Pt和Pt/C-Cu催化剂中Pt4f7/2的电子结合能相比于Pt/C催化剂中Pt4f7/2的电子结合能均有0.2 eV下降。该结果表明两种不同结构催化剂中铜对铂的电子效应几乎相同,均使得其催化活性降低且对氯苯胺的选择性提高。通过脉冲氢-氧滴定,我们发现同样负载比例情况下,Pt/C-Cu催化剂中Pt的金属分散度低于Cu/C-Pt催化剂中Pt的金属分散度。这种差异来自于制备方法的差异。这个结果表明Pt/C-Cu中铂的表面更多被铜所覆盖,且其表面几何结构发生了重大的变化。Pt/C-Cu催化剂较低的活性主要源于其几何效应的影响。本论文研究了电子效应和几何效应对催化剂性能的影响,有助于理解影响催化反应的因素,有助于催化剂组成和结构的设计,为实现对催化剂性能可控调节目标奠定基础。