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碳载金属纳米颗粒催化剂因其在一系列重要的催化反应(如电催化氧还原、电催化小分子氧化、以及各类加氢/脱氢反应等)中具有优异的活性和选择性,而受到广泛关注和研究。然而传统的碳黑载体表面惰性,缺少足够的锚合位点与金属形成强金属-载体相互作用,反应过程中金属容易团聚和烧结,导致催化剂活性下降乃至失活。根据软硬酸碱原理,贵金属(软酸)和含S物种(软碱)容易形成强共价键。因此,通过S原子掺杂来化学功能化惰性的碳载体表面以构建金属-载体强相互作用,是一个非常有效的解决上述问题的方法。然而,目前S掺杂多孔碳载体材料(S-doped carbon,缩写为S-C)的制备往往需要用到大量的化学活化剂和硬模板,成本高昂、制备过程繁琐,限制了 S-C的大规模生产和实际应用。基于此,本论文通过合理选择小分子单体,经聚合制得微孔共轭聚噻吩,再经高温碳化得到具有高比表面积的微孔S-C材料。将其作为载体,制备了高载量的Pt纳米团簇催化剂,并对其在不同苛刻环境下的抗烧结性能进行了探究。最后将制备的S-C载负Pt纳米团簇催化剂应用于电催化甲酸氧化反应(formic oxidation reaction,缩写为FAOR)中,进一步体现了该S-C材料作为金属催化剂载体的应用前景。取得的主要成果如下:1.发展了一种通过碳化共轭聚噻吩制备微孔S-C材料的新方法。以3,3’-双噻吩为单体,经聚合制备具有三维交联网络结构的聚3,3’-双噻吩(poly(3,3’-bithiophene),缩写为P33BT),再经过高温(800℃)碳化制得具有高S含量(高达27 wt%)和高比表面积(700～1000 m2 g-1)的S-C材料。通过改变碳化温度可对该S-C材料的S含量和比表面积进行调控。2.基于金属和S-C载体之间的强相互作用,发展了一种制备抗烧结金属催化剂的方法。使用该S-C材料作为载体,利用传统的湿浸渍法和高温H2还原得到了高度分散均匀(平均颗粒尺寸1 nm)、高载量(20 wt%)的Pt纳米团簇催化剂(缩写为Pt/S-C)。对该催化剂进行抗烧结试验,发现其能耐受高温处理(高达700℃,5%H2-Ar)和苛刻的水热老化处理(pH=13的NaOH溶液,2 Mbar H2,200℃处理12小时)而不发生金属团聚现象,具有很好的抗烧结能力。通过X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,缩写为XPS)、能量色散 X 射线谱(Energy-dispersive X-ray spectroscopy,缩写为 EDS)和 X 射线吸收近边结构(X-ray absorption near edge structure,缩写为 XANES)进行分析,证实了 Pt和S-C之间存在电子转移,该Pt-S强相互作用在分散和稳定Pt纳米团簇方面起了关键作用。3.研究了 S-C负载的Pt纳米团簇催化剂在FAOR中的电催化性能。FAOR是一个对金属颗粒尺寸敏感的反应,尺寸的降低能极大地提高反应活性,因此我们将制备的Pt/S-C催化剂应用于电催化FAOR。我们发现该催化剂具有低的起始电位(0.18 V)和高反应活性(3.15 A mgPt-1),该活性比商业Pt/C高了 7倍。Pt/S-C的高反应活性归因于Pt本征活性的提升,以及小尺寸效应带来的高Pt原子利用率。