随着科技的迅猛发展,人们对于能源的需求也在日益增长。然而地球上的化石能源日渐枯竭,环境污染加剧,开发可持续发展的清洁能源并大规模应用已经迫在眉睫。燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的一种装置,对于环境几乎是零污染,同时还能满足人们对能源的需求。近年来,替代甲醇作为直接燃料的有机小分子醇类引起了人们的广泛关注,例如用乙醇,乙二醇,丙三醇替代甲醇都有很多人进行了尝试,在众多的有机小分子醇类中,因为乙醇具有无毒无害、来源广泛、渗透率相对于甲醇较低、理论能量密度高等优势备受关注。在燃料电池中使用铂(Pt)基材料作为催化剂提高反应速率是当前最为可行的方法,Pt基催化剂加速阳极燃料氧化和阴极氧还原的性能都远高于其他材料。但是它们催化C-C键断裂能力很弱,易被CO等小分子中间体毒害,使得整体性能下降、能源转化效率低,并且在地壳中储量稀少、价格昂贵,致使催化剂成本昂贵。为了提高Pt的利用率以及Pt基催化剂的催化效率,人们研究了各种方法,包括对Pt基催化剂的形貌、尺寸、结构等进行调控。本文利用晶种二次生长策略合成得到表面结构可控的Rh@Pt核壳纳米晶,结合Rh、Pt两种金属的催化特性,通过对Pt壳层的原子级厚度优化,制备得到高活性和稳定性的催化剂。主要研究内容如下:首先,我们设计并制备了一种尺寸小于10 nm且内凹程度可控的Rh@Pt核壳纳米立方体,通过构筑Rh-Pt异质界面和台阶原子,有效提高了乙醇氧化反应的催化活性。我们通过控制动力学生长过程中Pt原子Vdep./Vdiff.(沉积速率(deposition)/扩散速率(diffusion))的比值,对Rh@Pt核壳纳米立方体的内凹程度进行了调控。与内凹程度较小的立方体和表面平滑的立方体相比,内凹程度大的立方体具有更丰富的表面台阶位点,在催化反应中表现出更优异的活性。通过电化学原位红外技术对乙醇氧化反应机理进行探究,发现在内凹程度较大的Rh@Pt纳米立方体上,Rh-Pt异质界面和台阶原子的存在有效促进了 C-C键断裂,促使乙醇完全氧化为CO2。其次,我们通过逐层共型沉积的方法成功制备了一系列Pt壳层原子层数可控的Rh@Ptx核壳超细纳米枝,并且在Pt壳层上成功复制了纯Rh孪晶纳米枝(核)的表面缺陷结构。由于Rh作为基底,对Pt产生一定的压缩效应和配体效应,使得Rh@Ptx核壳纳米枝催化剂在乙醇电催化氧化和乙二醇电催化氧化中的活性和稳定性都取决于Pt层的厚度。我们发现Pt层较少时,即Rh@Pt0.21核壳纳米枝催化剂,具有更好的促进C-C键断裂的能力。随着Pt壳层厚度的增加,其C-C键断裂的能力逐渐削弱,而催化脱氢能力增强。整体上,Rh@Pt0.83核壳纳米枝在催化乙醇氧化和乙二醇氧化中体现出最佳的质量活性和面积活性。通过本课题的研究,我们成功对结构化Rh@Pt核壳纳米材料的乙醇氧化催化活性和选择性进行了有效的优化。以Rh、Pt两种贵金属为主体,基于反应动力学控制建立有效的合成方法分别制备出具有高指数晶面的Rh@Pt核壳内凹立方体和超细枝状结构的Rh@Pt核壳纳米枝。两种结构在乙醇氧化中均体现出明显增强的、与Pt壳层厚度密切相关的催化C-C键断裂能力和优异的整体活性。