近年来,纳米复合材料因其在集成各个组分功能的同时,还可以克服单组分材料在催化应用中的局限性,而受到人们的普遍关注。对于金属纳米晶体而言,它具有较为成熟的晶面可控制备方法,因而被广泛应用于各种催化体系中。与此同时,特定结构的金属纳米晶体为后续金属或半导体的生长提供了良好的模板。基于金属基复合纳米催化剂的合成,通过组分与组分之间界面的构建以及界面效应的利用,得以调控催化剂的表面电荷状态,为催化剂设计提供了崭新的视角。因此,金属基纳米复合催化剂的制备是实现催化剂活性进一步优化的理想途径。在本文中,我们发展并拓展了水相合成方法,研制出Pd内凹形纳米立方体、Pd-Pt双金属纳米立方体、Pd-Pt双金属内凹形纳米立方体、Ag-Cu2O复合结构以及Pd-TiO2异质结构。通过氧化刻蚀方法的引入,合成出较小尺寸的Pd内凹形性,探究高指数晶面和比表面积对电催化甲酸氧化反应的影响；利用Ru辅助的方式,合成了具有高指数晶面的Pd-Pt双金属内凹形纳米立方体,并将其与具有相同结构的纯Pt催化剂进行电催化氧还原反应的性质对比,探索极化效应对于高指数晶面活性位点的电荷密度的提升作用,进而调控催化性能；通过界面维度的精准控制,设计了具有不同界面长度的Ag-Cu2O复合结构,并将其应用于CO氧化反应中,探索极化效应和界面长度对于催化剂性能的影响；通过原子层沉积技术的应用,在Pd纳米晶体上生长了不同厚度的TiO2非晶多孔超薄薄膜,研究界面效应对于金属催化剂催化效率的影响。具体的科研内容包括：1.发展了一种金属外延生长的可控合成方法。该方法以Pd纳米立方体作为晶种,利用氧化刻蚀作用将晶种的特殊位点进行活化,从而实现金属的外延生长。例如：将新生成的Pd原子选择性地沉积在晶种的边角位置,实现Pd内凹形纳米立方体结构的制备,从而构筑具有高活性的位点用于催化反应中。与传统技术相比,这种方法可以防止原子在晶种的平面位置上生长,使得最终的产物保持原有的尺寸。由于具有较小的尺寸和高指数晶面,Pd内凹形纳米立方体在甲酸氧化反应中展现出优越的电催化活性。此外,这种方法还可以推广到其它金属的生长体系中。将贵金属Pt生长在相对便宜的金属Pd纳米立方体晶种上,可以极大地降低昂贵原料的使用成本,同时还能保持较高的催化活性。在Pd-Pt双金属纳米立方体中,Pt虽然只占总质量的3.3%,但是却能在电催化氧还原反应中展示出高催化性能。研究表明,通过简单地改变不同晶种的表面状态,这种合成策略也可以实现不同材料的可控沉积。2.金属Pt具有四电子的氧还原反应机制和较好的耐酸性,被公认为是应用于氧还原反应中的理性催化剂。然而其高昂的原料成本却限制了Pt在催化领域的广泛使用。与低指数晶面对比,高指数晶面由于具有高密度的低配位原子而展现出优越的催化性能。由于催化反应的活性位点往往位于催化剂的表面,我们希望用较为便宜的金属代替催化剂内部的材料,不仅可以节省成本,而且能利用不同金属之间功函数的差异诱导极化效应的产生,提高活性位点处的电荷密度。我们以Pd纳米立方体作为晶种,通过Ru离子在Pd边角处的欠电位沉积,实现Pt在Pd上的选择性生长。与同样具有高指数晶面的纯Pt内凹形纳米立方体相比较,这种催化剂在电催化氧还原反应中展现出明显的优势。Pd与Pt之间界面极化效应的产生是催化性能提升的主要因素。极化效应导致电荷从Pd向Pt表面转移,并在Pt的表面富集,使得Pt活性位点处的电荷密度增大,从而增强了催化剂的活性。本工作通过制备具有高指数晶面以及高电荷密度的双金属纳米催化剂,为原料成本的减低以及催化活性的提升提供了新的思路。3.异相催化常常涉及到电荷从催化剂表面到吸附物分子上的转移过程,该电荷转移效率主要依赖于催化剂的表面电荷密度。因此,我们设计了一种独特的液相合成方法,制备出具有暴露的一维界面的金属与氧化物复合纳米结构,同时可以精准地控制复合纳米结构的界面长度。由于两种材料功函数的差异, Ag-CuO界面处会产生极化效应,从而调节界面附近处的CuO表面的电荷状态。与无暴露界面的催化剂相比,该复合催化剂在催化CO氧化反应中展现出较低的表观活化能,从而展现出优越的催化活性。此外,通过增大Ag-CuO的界面长度,可以调变催化反应中活性位点的数目,进而提高CO氧化的转化率。因此,异质催化剂的界面调节为催化性能的优化提供了新的策略。4.金属Pd作为一种理想的催化剂,被广泛地应用于各种催化反应中。然而在CO氧化反应中,由于CO容易吸附于Pd表面,使得催化剂表面中毒,阻碍了O2的活化,从而表现出相对较低的催化活性。在此工作中,我们将Pd与Ti02结合形成纳米复合材料,克服了Pd用于CO氧化反应中的局限性。我们通过原子层沉积(ALD)技术,在Pd纳米立方体上实现了厚度可控的Ti02超薄薄膜的沉积。鉴于Pd与Ti02功函数的差异,电子从Ti02向Pd上转移。随着电荷在Pd上的富集,CO与Pd的键合能力得到减弱,而02活化的能力得以增强。同时,Pd-TiO2界面处的界面限域位点可能会进一步地促进氧活化的进行。由于物种的吸附和活化与电子密度有着密切联系,而Ti02的厚度决定着转移电子的数目,因此,Pd-TiO2在CO氧化反应中的活性在一定程度上取决于Ti02的厚度。本工作通过调节纳米复合催化剂的电荷密度,为催化性能的增强提供了新的策略。