铂基催化剂是燃料电池和石油化工等领域广泛应用的催化剂。由于铂的资源匮乏、储量有限、价格昂贵,因此如何提高铂基催化剂的催化活性和稳定性,减少在使用过程中的损失,提高其利用效率是相关应用领域—直持续研究的重要课题。铂基材料在燃料电池电催化反应过程中具有过电位高,易毒化,选择性差,易于团聚等缺陷。而研究表明铂基催化剂的活性与其粒径尺寸、分散性、表面结构和电子结构密切相关。本论文旨在提高铂基材料的活性与抗毒化能力,从合金化效应,载体效应,形貌调控等方面,充分发挥铂和其他金属间以及金属氧化物载体之间的协同作用,改善催化剂表面特性从而制备出高性能的燃料电池阳极催化剂。主要研究工作包括以下两个部分:(1)通过水热法合成了形貌均一的CeO2纳米棒(CeO2-r)和CeO2纳米粒子(CeO2-p)。通过TEM表征发现合成的CeO2-r主要是由(110)和(100)晶面围成的,而CeO2-p主要是由(111)晶面围成的。通过乙二醇还原法液相合成了粒径约为3nm的Pt纳米粒子并将其负载于CeO2上,制备出负载型催化剂。通过XPS表征并与Pt纳米粒子对比,发现CeO2的加入使得Pt表面的电子结构发生了改变,即Pt4f的结合能正移,且在Pt/CeO2-r和Pt/CeO2-p中,Pt-O物种的比例分别增大到了 52%和50%。这主要归因于催化剂中Pt-O-Ce键的存在。0.5MH2SO4中的电化学循环伏安曲线可观察到Pt/CeO2-r和Pt/CeO2-p的H溢流效应,这是由于在循环伏安过程中,H+由Pt表面向CeO2表面发生二次转移造成的,说明了合成的催化剂中Pt均匀的分散在CeO2上。电化学性能测试表明,合成的Pt/CeO2-r和Pt/CeO2-p对于甲醇电氧化均表现出较高的活性。其中Pt/Ce02-r的峰电流密度达到7.5mA·Cm-2,分别是Pt/CeO2-p和Pt/C-JM的1.6倍和10倍。电化学原位红外光谱研究表明,CeO2对于Pt甲醇电催化的促进作用主要表现为在低电位下显著地提高CO2的生成速率,这可能来源于甲醇氧化中间体的提前氧化。CeO2-r对于CeO2-p体现出更加明显的助催化效果,这主要是由CeO2-r具有更大的表面能,在反应过程中能够提供更多的含氧物种。(2)采用液相法一步合成了 PtPb双金属纳米枝晶(PtPb SND)催化剂。通过XRD和TEM表征发现合成的纳米枝晶中Pt与Pb主要以合金的方式存在。选区电子衍射表征的结果显示,发现合成的PtPb SND具有独特的单晶结构。通过EDS、ICP-AES和XPS对PtPb SND的体相和近表面的元素组成进行表征,发现在PtPb SND中Pb更倾向于向表面富集。通过控制反应时间,跟踪催化剂的元素组成的变化,调控不同表面活性剂的添加量等一系列的条件控制实验。发现PtPb SND中,Pb原子是通过欠电位沉积的形式与Pt形成合金。整个枝晶结构的形成则是遵循刻蚀/还原机理,是Pb欠电位沉积,氧化刻蚀和卤素阴离子吸附三者的共同作用下的结果。PtPb SND对于甲酸电氧化表现出了优异的电催化性能以及良好的稳定性。其在O.1 V的低电位下,质量活性依然可以达到2.7 A·mg-1,分别是Pd黑的4.4倍,商业Pt/C-JM的38倍。这主要是PtPb SND特有的高比表面和多孔道特性,以及Pb原子掺杂引起的第三体效应的导致的结果。通过研究HCOOH电催化过程的原位红外光谱,发现在PtPb SND上,整个电催化反应过程中完全观察不到毒化中间体CO峰的存在。说明PtPb SND可有效的减少甲酸通过毒性中间体途径电氧化生成CO,使其更多的是通过直接途径生成CO2,从而极大程度的释放了纳米粒子表面的活性位点,使催化剂在处于较低的电位时也能表现出极高的反应活性。