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贵金属纳米材料因其独特的物理、化学和结构特性,以及比表面积大、表面原子占有率高、表面能高等特点,使其成为材料科学研究中的重点并在光电、生物、能源以及催化等领域有着广泛的应用前景。其中,铂(Pt)基纳米材料因其独特的催化特性以及良好的化学稳定性在众多贵金属纳米材料中脱颖而出,引起了科研工作者的高度关注与广泛研究。已有的研究表明,Pt基纳米材料的催化性能与其自身的结构特征息息相关。因此,合理调控Pt基纳米材料的结构,并揭示其与催化性能之间的构效关系,对Pt基纳米材料催化性能的提升以及其在催化应用中的发展意义重大。目前,研究人员在Pt基纳米材料的结构调控方面进行了大量的研究,开发了一系列成熟的调控手段,并取得了丰富的研究成果。然而,随着人们对Pt基纳米材料在催化领域中各方面性能要求的日益提高,通过传统单一的尺寸、形貌、组分等方面调控已经很难进一步提升Pt基纳米材料的催化性能。因此,从其他方面如界面、相结构等对Pt基纳米材料进行有效调控,从而进一步提升Pt基纳米材料的催化性能是当下急需解决的科学难题,也是目前Pt基纳米材料的研究热点。本博士论文主要着眼于Pt基纳米材料的相及界面调控,通过热处理或液相合成等手段,构建了一系列尺寸均一、结构新颖、具有两相界面的Pt基纳米材料。我们对所合成的Pt基纳米材料进行了详细的结构表征,特别是对材料中相和界面结构及其形成机制进行了深入的分析与探讨。同时,我们还系统评估了所合成材料在电催化水分解产氢以及选择性加氢反应中的性能,借助理论计算以及X射线光谱等分析手段,揭示了相及界面调控对催化性能的影响。主要工作内容及研究成果概括如下:第一章:简单介绍贵金属纳米材料的研究背景,概述Pt基纳米材料的基本性质、催化应用以及结构调控手段等最新研究进展,并阐明本博士论文的选题依据与主要研究工作。第二章:以镍(Ni)组分偏析的Pt-Ni N Ws作为模板,从相和界面工程方面构建了具有Pt3Ni/NiOx界面的一维NWs催化剂(Pt-Ni NW/C-air)。通过改变原始Pt-Ni NWs中Ni的组分实现了热处理后催化剂中Pt3Ni/NiOx界面密度及数量的调控。由于具备独特的一维纳米结构和理想数目的Pt3Ni/NiOx界面,Pt-Ni NW/C-air催化剂在碱性HER中展现出优异的催化活性和稳定性。该工作提供了一种全新的相与界面调控策略来提升催化剂在HER中的催化性能。第三章:利用湿化学液相合成的方法,实现了对组分高度偏析的Pt-Ni NWs进行硫化处理,制备了一系列Pt3Ni/NiS异质结构NWs(Pt-Ni NWs-S/C)。通过改变原始Pt-Ni NWs中Ni的组分实现了硫化处理后Pt-Ni NWs-S/C催化剂中Pt3Ni/NiS界面密度及数量的调控。我们系统评估了上述Pt3Ni/NiS异质NWs的HER性能,发现Pt3Ni2 NWs-S/C对于碱性HER的催化活性有一定程度的提升,其在1M KOH下的催化活性优于大部分目前所报道的Pt基催化剂。结合理论计算以及HER催化机理分析,我们认为Pt-Ni NWs-S/C催化剂中Pt3Ni/NiS界面处的协同作用有利于碱性HER中水的解离以及氢中间物种(Hads)在Pt位点的吸脱附,从而提升碱性HER的催化性能。该研究突显了 Pt基纳米催化剂的界面调控对增强其电催化性能的重要性。第四章:提出一种全新的以协同级联的催化途径提升碱性HER的催化性能的策略。该策略通过在Ni组分偏析的Pt2Ni3 NWs表面修饰适量的磷(P),制备获得Pt2Ni3-P NWs催化剂。利用催化过程中偏析的Ni组分对于水裂解的提升以及表面修饰P对于氢氧物种(OH-)的特异性锚定,以协同级联的催化途径进一步提升碱性条件下HER的催化性能。结果显示,具有理想P修饰的Pt2Ni3-P NWs催化剂提升了 1M KOH下HER的催化活性,超越了同等条件下商业Pt/C及Pt2Ni3 NWs催化剂的HER催化活性。除此以外,Pt2Ni3-P NWs同样展示了良好的催化稳定性。该研究工作对于合理设计Pt基纳米材料的表面结构,以此控制催化反应中反应物的活化以及中间物种吸脱附,从而实现对Pt基纳米材料催化性能的有效调控具有十分重要的价值和意义。第五章:将一维NWs与二维纳米片相结合,以Pt3Ni NWs作为种子模板,采用分步液相合成法首次构建了一系列由NixM(OH)2(M=锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)和铝(Al))薄膜包覆的Pt3Ni一维NWs,并深入探讨了 Pt3Ni NWs@NiMx(OH)2 NWs包覆反应的最佳合成条件以及生长机理。由于包覆的NWs中其表面的Ni32Cu(OH)2薄膜在催化过程中有一定的限域和毒化作用影响了底物以及中间产物的扩散,同时Ni32Cu(OH)2与Pt3Ni NWs之间相互的电子转移改变了底物以及中间产物与催化活性位点的吸附强弱,因此所合成的Pt3Ni NWs@NiCu32(OH)2 NWs在催化肉桂醛选择性加氢时,成功提升了中间产物氢化肉桂醛的选择性,抑制了过度氢化的发生。该研究展示了 Pt基纳米材料的维度以及界面调控对催化性能的影响,为开发设计多种调控手段于一身的多功能高性能Pt基纳米材料提供了研究基础。