二维超薄纳米材料由于其独特的结构特性,能够暴露较多的活性位点,使其在能源、催化等领域有一定的潜在应用。如何制备具有超薄二维结构的纳米材料目前仍然是一大挑战,特别是一些金属基非层状结构的纳米材料。近年来,一系列非石墨烯基的超薄二维纳米材料被成功合成制备出来,与此同时,这些超薄二维材料在相关的催化反应中均表现出了优异的催化的活性。因此,本文的主要研究方向是制备一些新型的超薄二维材料,研究其形成机理,并将其应用到相关的能源电催化反应中。全文由8章内容组成,各章内容如下:第一章:概括性的介绍了各种超薄纳米材料的制备方法及其相关的应用,并阐明博士论文的选题依据和研究内容。第二章:利用CO辅助的方法制备出了 PtCu合金纳米片,此纳米片的厚度在2nm以内。研究发现在纳米片的形成过程中,CO对于PtCu(111)的强吸附作用以及KI的引入导致了整个体系反应速率的改变是其片层结构形成的关键因素。实验还发现,得益于丰富活性位点的暴露,PtCu合金二维纳米片相较于纳米颗粒具有更好的电化学析氢以及氢化活性。此研究内容还显示CO辅助的方法对于合成具有超薄超细的Pt族纳米材料有一定的普遍适用性。第三章:我们利用氨分子与Co(III)的强配位作用,合成出了具(111)裸露晶面的超薄CO304纳米片,实验发现此纳米片表面暴露的均是高价的Co(Ⅲ),而高价CO(Ⅲ)目前被广泛认为是一些氧化反应的活性位点。因此将制备的CO304用作水氧化反应的催化剂时,表现出优越的析氧性能,其性能远高于目前报道的其他Co基催化剂。但是此过程中产生的氧气无价值,针对这一问题,我们提出了“乙醇电化学部分重整”的新思路,在电解制氢过程中,以含乙醇-水混合溶液替代电解水中所用的水溶液,在降低电解过电位的同时,可在较低电位下将乙醇高选择性地氧化为乙酸乙酯,实现醇到高附加值化学品的制备。基于该发现,我们进一步以NiMo复合纳米颗粒为阴极析氢催化剂,超薄CO3O4纳米片为阳极氧化催化剂,构筑了乙醇重整的电化学反应器,利用1.5V电池在室温下成功地实现了乙醇的高选择性重整的小规模实际应用,在获得清洁阴极产物氢气的同时得到了高附加值的阳极产物乙酸乙酯。第四章:作为过渡金属的重要一员,Cu纳米材料被广泛应用于各个领域,特别是能源催化领域。但目前,超薄Cu纳米片至今没有报道,其中最大的挑战是Cu纳米材料容易被氧化,无法稳定存在于空气中。本体系中我们利用一锅法得到了一种超薄复合Cu/Ni(OH)2纳米片。制备出的Cu/Ni(OH)2纳米片可以稳定的在空气中存储3个月以上。实验发现其稳定性与我们采用的羧酸盐密切相关。甲酸盐的氧化电位要低于Cu的氧化电位,因此甲酸盐的存在可以延缓Cu的氧化使我们得到稳定超薄的复合Cu/Ni(OH)2纳米片。Cu是目前报道最合适的CO2电还原的催化剂,但是其还原产物不均一。但我们得到Cu纳米片可以在较低的的还原电位下将CO2高选择性地电还原到CO,其法拉第效率高达92%。同时这种催化剂也同样表现出优异的电催化稳定性,在经过20多个小时电解后,活性没有明显下降。第五章:在第四章的体系中我们同时捕获了一个非常有特色的Cu2O/Ni(OH)2纳米片,这种复合纳米片能够将CO2还原到CH3OH,CH3OH的最高法拉第效率为63%,出现在-0.35Vvs.RHE的低还原电位下。需要指出的是,这种复合纳米片在中性条件下水氧化反应中同样表现出较为理想的催化活性。鉴于其在阴阳两端的表现我们将其原位生长在碳布上以制备出大面积的柔性电极并建立了由太阳能电池驱动电化学重整系统,这个重整电解池在2V左右的电压下就可工作,允许CO2-H20的室温重整得到甲醇。第六章:通过用原子级分散的Pt材料对超薄的Ni(OH)2纳米片进行性能改性,使其具有优异的相关电化学性质,改性后的Pt/Ni(OH)2纳米片在碱性条件下HER反应中表现出优于商业Pt/C的催化性质,它仅仅需要32 mV的过电位就可获得10mA/cm2的电流密度。这种复合Pt/Ni(OH)2在阳极氧化尿素的反应中表现出优异的性质:在0.35 V的电位下,Pt/Ni(OH)2纳米片(110 mA/Cm2)的尿素氧化的电流密度分别是Ni(OH)2纳米片(24 mA/cm2)4.4倍。我们推测Pt的引入会增强电化学氧化过程中Ni(OH)2→NiOOH这个过程,使的Ni(OH)2表面的Ni(Ⅲ)含量增加,活性位点的增加直接增强了其催化性能。第七章:超细一维贵金属合金纳米线同样被认为是用于各种能量转换和电化学传感应用的优异的电催化剂候选物。在这项工作中,我们发现CO辅助合成的方法同样可以用于制备超细PtCu3合金波浪状纳米线。对于超细波浪纳米线的整体形成,CO的使用被证明是关键的。连同其超细特征,较高的电化学表面积,孪晶缺陷的丰富性以及两种金属组分的协同作用使得制备的合金PtCu3波浪线在甲醇氧化反应中以及在电化学感测葡萄糖中表现出优异的电催化活性。这种波浪在检测葡萄糖时,表现出了目前最大的线性区间(0.1 mmol-42 mmol)。同时这种方法也可以用作其他Pt基合金波浪线的合成制备。第八章:我们利用CO与I离子的共同作用,成功将超薄的Pd纳米片组装成了一维的纳米线,纳米线的长度可以达到微米级。同时,一些列的实验结果显示组装Pd纳米线的组装位点在单一 Pd纳米片的面上。