1、化石燃料的日漸枯竭和環(huán)境問題的日益嚴重使得尋找新型的高效、清潔、可持續(xù)利用的能源成為當務之急。質子交換膜燃料電池可直接將小分子燃料（如氫氣、甲醇、甲酸等）的化學能轉化為電能從而成為一種高效可持續(xù)清潔能源，并具有廣泛的應用前景。然而，燃料電池的發(fā)展現在受制于催化劑的發(fā)展。目前廣泛使用的傳統(tǒng)貴金屬催化劑（比如Pt/C，PtRu/C）價格不菲，而這些催化劑較為滯后的催化動力學行為卻使得燃料電池中催化劑的用量很高;同時，后處理方法的落后使得催化

2、劑的純化效率低下。以上因素使得催化劑的制備和使用成本大大升高，從而限制了燃料電池商業(yè)化進程。本研究主要內容包括：
　?、磐ㄟ^溶劑熱共還原方法，本文可控制備了枝晶狀Pt3Cu納米三角錐帽，該枝晶具有獨特的三維多孔空間網狀結構。晶體結構分析證實此Pt3Cu三角錐帽是具有{111}晶面暴露的單晶型枝晶狀結構。通過晶體生長動力學調控，同樣可以制備出了具有{100}晶面暴露的單晶型枝晶狀Pt3Cu納米立方體結構。
　　⑵鹵素離子I-通

3、過與Pt、Cu金屬前驅物配位從而能夠改變二者的還原動力學，進而使得二者能夠共還原形成合金結構。成核和生長階段合金的形成會導致枝晶生長過程中孿晶界的產生，從而表現出枝晶的“Z”字形生長?！癦”字形凸起處存在能量升高的臺階原子從而能夠在此處發(fā)生Pt2+和Cu0間的galvanic reaction，進而使得Pt在此富集并促進新枝的生長。這種基于金屬前驅物共還原和galvanic reaction反應的生長機理能夠將枝晶結構拓展到三元合金體系

4、，并顯示出優(yōu)異的組成可調性。
　　⑶這種單晶型枝晶狀二元和多元合金納米晶由于具有三維多孔開放式空間結構和優(yōu)異的內部電導通性，因而具有超高的電化學活性比表面積(ECSA)。而精確的晶體結構設計則賦予其優(yōu)異的催化活性，所制備的Pt3Cu三角錐帽具有高出商業(yè)Pt/C催化劑3倍和7倍的甲醇氧化(MOR)與甲酸氧化(FAOR)性能，而Pt3Cu和PtCuNi則分別具有高出商用Pt/C催化劑高出5倍和近10倍的甲酸氧化(MOR)和氧還原(OR

5、R)活性，證實了催化劑三維空間結構和晶體結構設計對催化性能提升的重要性。更為重要的是，通過對枝晶生長規(guī)律的揭示，使得具有特定晶體結構和空間結構的合金納米晶的設計和制備成為可能，這將極大地促進以功能為導向的催化劑結構設計和制備方法的發(fā)展。
　?、却呋瘎┑膶嶋H使用效果不單單決定于其本征空間結構和晶體結構，其后處理過程同樣會對其使用性能產生影響。針對傳統(tǒng)離心分離后處理過程中收率低、能耗高、效率低的問題，本文建立了一步超純化處理納米催化劑

6、的相界面離心分離方法。該相界面梯度離心方法可以一次去除大于99.99％的雜質同時實現顆粒產率＞99.9％，展示出超高的純化效率。該相界面梯度離心方法可在分離過程中實現濃度的調控，甚至可以將納米顆粒溶液濃縮10000倍以上并幾乎達到納米顆粒最密堆積狀態(tài)而不發(fā)生團聚，從而能夠有效降低膠體合金納米催化劑的儲存和運輸成本。同時，相界面梯度離心方法具有優(yōu)異的尺寸選擇性和形貌選擇性，使其能夠在去除小分子雜質的同時去除合成副產物，從而有望成為納米催化