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直接醇类燃料电池是采用甲醇或乙醇等液体有机醇类小分子为燃料,空气中的氧为氧化剂的燃料电池,在氢氧燃料电池受到氢气储存运输的限制的情况下,受到了广泛关注。但相比氢气的电催化氧化,甲醇和乙醇的阳极氧化动力学缓慢,解决这一问题,需要开发高效稳定的催化剂。在贵金属中,Pt具有对醇类氧化反应最好的催化性能,但是醇类燃料电池反应过程中的中间产物CO在其表面产生强烈的吸附,使Pt失去催化活性,而且其价格昂贵,限制了其大规模应用。开发新型的低铂催化剂,提高Pt原子利用率和抗中毒能力,具有重要的应用价值。在异种金属基底表面生长单原子层Pt的催化剂,被认为是一种提高Pt原子利用率的有效思路,其理论Pt利用率可达100%。但近来的研究对该类催化剂中Pt“单原子层”的真实结构提出了一些质疑。尤其是对在醇类燃料电池中具有潜在应用价值的Au纳米催化剂体系中是否可以形成单原子层Pt(Au@Pt)表面提出了矛盾的结果。本论文以此为切入点,对纳米金属颗粒表面表面生长单原子层铂催化剂结构和性能进行系统的研究,主要研究内容和结论如下:首先,在不同的金属基底上(Pd,Ir,Pt,Au)用欠电势沉积+伽伐尼置换的方法生长Pt“单层”。结果表明,基底与Pt原子层之间相互作用强(Pd,Ir,Pt),界面能小,会不易形成团簇。若基底产生拉应力(Au),提高醇类氧化活性,反之亦然。其次,采用欠电势沉积+伽伐尼置换的方法,在Au纳米颗粒表面生长了不同Pt名义覆盖度的Pt“(亚)单原子层”。在名义覆盖度较低时,表面生长的Pt更接近单层。随着名义覆盖度增加,逐渐形成几个原子层厚的纳米岛形貌,Pt原子利用率下降。因此,在对甲醇氧化的催化反应中,名义覆盖度增加至0.5ML时,性能有明显提升,而后趋于平缓。因而Au@Pt0.5ML是比Au@Pt1ML更合适的催化剂。最后,利用化学刻蚀法制备了Cu核Au壳纳米颗粒(Cu/Au),进一步在其表面利用欠电势沉积+伽伐尼置换沉积Pt,得到了新型Cu/Au/Pt三明治结构催化剂。电化学分析表明,对比单纯的Au@Pt催化剂,Cu/Au表面形成的Pt原子更接近单原子层厚度,其Pt电化学活性面积和质量活性有了明显的提高。本文的研究结果,系统阐述了铂单原子层催化剂中结构与性能的关系,对于这一系列催化剂的设计具有指导意义。