直接甲醇燃料电池（DMFCs）是最有应用潜力的清洁型能源之一。然而,目前燃料电池电极所广泛使用的商业Pt/C催化剂不仅价格较为昂贵,且对于甲醇氧化反应存在催化效率低、稳定性差等问题。这些不足之处严重阻碍了DMFCs的大规模应用。为了克服这一难题,研究者首先想到的是将非贵金属与Pt复合形成Pt基纳米合金,所制备的Pt基纳米合金不仅能极大地提高催化剂的催化性能,同时也能有效提高Pt的利用率,降低生产成本。近年来,进一步的研究发现,除了成分以外,纳米晶体的形貌同样对催化剂的催化性能有着重要影响。具有特定形貌的纳米合金往往具有较大的比表面积,同时还能提供更多的高活性位点,从而进一步提高催化剂的催化活性。因此,设计合成具有独特形貌的Pt基纳米合金并探索其成分和形貌与催化性能之间的联系有着非常重要的意义。本论文利用不同的反应前驱体,利用一锅溶剂热法或辅以相应的后处理措施制备了几种具有独特结构的Pt基纳米合金,并通过时间演进实验和条件控制实验详细阐述了纳米晶的形成机理。这些具有特定形貌的纳米晶具有较大的比表面积和更多的高活性位点,从而展现出对甲醇氧化反应优异的电催化性能,使其有望成为直接甲醇燃料电池的优良催化剂。本论文研究内容主要包括以下几方面:1、我们通过一锅溶剂热法合成了纳米枝修饰的PtCu菱形十二面体纳米框（RDFs）。其中,每个PtCu RDF都包含一个中心的菱形十二面体框架和六个生长在其＜100＞顶点的纳米枝。高中空的框架结构能有效提高反应物分子的渗透性,同时枝晶上的台阶原子提供了丰富的高活性位点。因此,所合成的PtCu RDFs对甲醇氧化反应呈现出优良的电催化性能。2、我们通过两步法制备了顶点选择性增强的PtCu@PtCuNi双层菱形十二面体纳米框（DNFs）。第一步,利用一锅溶剂热法合成PtCuNi异质纳米晶（HNCs）;其每个PtCuNi HNC均由一个富Cu的凹面菱形十二面体核、一个顶点选择性增强的菱形十二面体PtCu内部纳米框架、一个凹面的菱形十二面体PtCuNi外部纳米框架和一个富Ni壳组成。第二步,通过HCl刻蚀掉PtCuNi HNCs的富Cu核和富Ni壳制得PtCu@PtCuNi双层纳米框。值得注意的是,内部菱形十二面体纳米框包含6个从菱形十二面体＜100＞顶点伸出的纳米足,而外部凹面菱形十二面体纳米框是通过内部纳米框架的相邻顶点相互连接形成的。对甲醇氧化反应的电催化测试表明,与商业Pt/C催化剂相比,所制备的PtCu@PtCuNi DNFs拥有更高的催化活性和更优良的催化稳定性。3、我们通过一锅溶剂热合成和酸蚀刻后处理的方式进一步制备了PtCuCo双层菱形十二面体纳米框架（DNFs）。在第一步中,通过一锅溶剂热法合成了 PtCuCo异质纳米晶体（HNCs）。其中,每个HNC都由一个富Cu核、一个PtCuCo双层纳米框架和一个富Co壳组成;在第二步中,通过HCl选择性去除可浸出组分制备出PtCuCo DNFs。时间演进实验表明,Pt前驱体与富Cu核之间的电偶置换反应、Co外层沉积以及Pt的原子迁移是PtCuCo HNCs形成的原因。对于甲醇氧化反应,PtCuCo DNFs相比于Pt/C催化剂展现出增强的催化活性。此外,所制备的PtCuCo DNFs的催化稳定性和结构稳定性也明显优于Pt/C催化剂。4、我们介绍了一种简便的一锅溶剂热法合成PtCuMn六足体（HPDs）纳米晶体。值得注意的是,所合成的PtCuMn HPDs每个都包含一个菱形十二面体主体和六个从其＜100＞顶点突出的纳米足。时间演进实验表明,HPDs的形成包含四个阶段:富Cu核的优先形成、富Cu核与Pt前体之间的电偶置换反应、Pt的选择性生长以及Pt、Cu和Mn的沉积。此外,HPDs的形态可以通过调整十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的用量来调节,因为其能够影响合成过程中预先形成的富Cu核的尺寸和电偶置换反应的速率。对于甲醇氧化反应,PtCuMn HPDs显示出显著增强的电催化活性和稳定性。优异的电催化性能可归因于Pt基纳米晶体的高Pt原子利用率、丰富的台阶原子和Pt、Cu、Mn三种元素的电子效应。