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能源危机是现在社会发展需要面临的重要问题,研究开发可替代化石燃料的新型清洁能源势在必行。氢能就是一种可再生的清洁能源。电催化分解水是一种重要的制氢技术。Pt和Pt基催化剂对于分解水制氢具有极高的催化活性。制备含有少量Pt的高效催化剂对于分解水制氢具有重要意义。本学位论文分别用不同的方法制备了几种负载有临界Pt含量的AuPt合金纳米材料,对制得的纳米材料进行了电催化析氢性能测试,以甲酸为探针分子,证明催化剂中的Pt以高分散状态存在。并根据电催化析氢活性,结合理论计算结果,提出了具有临界Pt含量的纳米AuPt合金电极表面上析氢反应的新机理。主要内容如下:1.以本课题组制得的纳米多孔金膜（NPGF）电极为工作电极,采用原位电化学循环伏安法,在NPGF膜表面合金化修饰少量高分散的Pt原子,得到NPGF-t-Pt电极。此方法主要是利用Pt对电极在硫酸溶液中,通过阳极极化作用会出现微量氧化和溶解,经循环伏安扫描可以将阳极溶解的微量Pt原子合金化修饰到工作电极上,进而得到NPGF-t-Pt电极。通过改变循环伏安圈数可以控制NPGF电极上修饰Pt原子的量。当NPGF-t-Pt中Pt的含量达到5 at.%（临界含量）左右时,在酸性溶液中的电催化析氢性能接近于大量修饰Pt的NPGF电极（NPGF-m-Pt）。Tafel斜率为33 mV dec?1,在?0.043 V（vs.RHE）下,具有稳定的析氢性能,测试6 h后,析氢电流密度(13 mA cm?2左右)基本保持不变。2.在水溶液中,以柠檬酸钠为还原剂和稳定剂,一步还原得到一系列含有不同Au/Pt比的AuPt合金溶胶。通过控制柠檬酸钠加入量得到具有不同粒径的Au95Pt5纳米粒子。将得到的合金溶胶修饰到光滑的玻碳电极表面,进行析氢性能测试。发现当纳米粒子的粒径为14.2 nm时,Au95Pt5/GC具有最优的催化HER性能。当Pt的含量达到临界值（5 at.%）时,Au95Pt5/GC即具有接近于Pt/GC电极的催化HER活性。析氢电流密度为10 mA cm?2时,极化电势为?31 mV（vs.RHE）,Tafel斜率为30 mV dec?1。此结果进一步证明了可以在保证催化剂活性的情况下,通过降低催化剂中Pt的含量来降低催化剂的成本。3.采用一步水热法,在高温高压下,利用氧化石墨烯（GO）表面含氧官能团与AuCl4?、PtCl62?之间发生的氧化还原反应,同时实现GO到rGO的转变和AuPt合金纳米粒子的形成,得到负载有AuPt合金纳米粒子的还原氧化石墨烯（AuPt NPs/rGO）催化剂。对此催化剂进行了电催化HER性能测试。发现Au95Pt5 NPs/rGO具有优异的催化HER性能,电流密度为10 mA cm?2时的析氢电势为?35 mV（vs.RHE）,Tafel斜率为29 mV dec?1。而且还具有良好的HER稳定性和耐久性。这项工作提供了一种简便、快速、绿色的催化剂制备方法,而且此催化剂中Pt的含量较少,可以有效降低催化剂的成本,是一种有效节约Pt的方法。4.首次使用以锌为中心离子的沸石咪唑酯骨架结构材料（Zn-ZIF）作为分散剂和模板剂制备得到了负载有AuPt合金纳米粒子的分级多孔氮掺杂rGO(Au95Pt5-PNrGO)催化剂。金的咪唑盐（AuCl3-Im）和PtCl62?首先通过溶剂化作用进入到ZIFs的孔状结构中,随后氧化石墨烯包覆在ZIFs表面。在H2SO4溶解中进行电化学还原时,Zn-ZIF会首先溶解在酸中,同时释放出吸附在其孔状结构中的AuCl3-Im和PtCl62?,随后,释放出的AuCl3-Im和PtCl62?会被电化学还原成AuPt合金纳米粒子,分散在Zn-ZIF溶解和电化学还原的过程中形成的分级多孔rGO表面。在此过程中,ZIFs主要有三个作用:一是做为多孔状模板,用来封装AuCl3-Im和PtCl62-,以便形成均匀高分散的AuPt合金纳米粒子;二是做为可溶性模板,溶解后形成分级多孔rGO;三是为催化剂提供N源,溶解后释放出的Im会吸附在AuPt纳米粒子和rGO上,形成氮掺杂碳材料。与商业20%Pt/C相比,Au95Pt5-PNrGO在酸性溶液中具有更优异的析氢催化性能,电流密度为10 mA cm?2时,析氢极化电势为?22 mV（vs.RHE）,Tafel斜率为18 mV dec?1,同时具有良好的析氢稳定性。催化剂中氮掺杂rGO的电子效应、分级多孔结构的孔隙效应、AuPt合金中的Au基底效应都有利于提高催化剂的析氢活性。5.结合前几章研究结果,我们发现当AuPt合金纳米粒子中的Pt含量达到5 at.%左右时,制备得到的催化剂即具有接近于纯Pt的HER催化活性。因此我们根据实验中优化得到的AuPt合金中Au/Pt原子比95:5,构建了Au/Pt原子比为95:5的表面均匀嵌入单个Pt原子的Au（Ⅲ）晶面模型,结合密度泛函理论,计算析氢过程中Hads在不同原子吸附位上的吸附能,提出了含有高分散Pt原子的AuPt合金表面上的析氢反应新机理,揭示AuPt合金上的析氢机理与纯Pt上的有所不同。除了经典酸性溶液中析氢的基元反应外,AuPt合金中高分散的Pt原子上还可发生双Volmer反应,过饱和吸附Hads,过饱和吸附的Hads可溢流至相邻的Au原子上,并在Au基底上进行扩散。由于Au原子对Hads的吸附能较弱,Au原子上的Hads非常容易解吸生成H2。单个Pt原子上的双Volmer反应和相邻Au-Pt/Au-Au原子上的Tafel反应都有利于提高AuPt合金纳米材料的催化析氢性能。临界含量的单铂原子-金载体催化剂上新的析氢反应机理的提出,为金属单原子-载体催化上反应机理的研究提供了新思维。