炭材料是一种重要的工业催化剂载体。板式纳米碳纤维(p-CNF)是一类由石墨烯单元有序排列而成的一维炭材料,具有丰富可调的结构、化学及电子性质,且与其他炭材料相比,其表面原子几乎都是边界原子,有利于高效、稳定负载型金属纳米催化剂的可控构筑及性能优化。本文采用催化化学气相沉淀(CCVD)法,以Fe为催化剂、CO为碳源,揭示了催化剂结构和反应工艺参数对p-CNF微结构的调变规律,选取较优的p-CNF作为载体,制备了系列PtCo/p-CNF催化剂,阐明了催化剂微结构和电子性质对电解水析氢(HER)和氨硼烷水解制氢活性、动力学行为和稳定性的影响机制,研制出高效、稳定的PtCo/p-CNF催化剂,主要研究结果如下:(1)揭示了 Fe基催化剂结构和反应温度对合成的纳米碳纤维微结构的调变规律,发现采用胶体法合成的Fe3O4催化剂和600℃反应温度能制备出高比表面积和高石墨化程度的板式纳米碳纤维。以此为载体,制备了系列不同Pt/Co配比的催化剂,结合多种表征手段与动力学分析,发现Pt/Co配比为1/5时制备的催化剂表现出良好的协同效应:氨硼烷水解活化能最低,产氢活性最高;p-CNF表面边界原子能有效锚定高分散的PtCo合金纳米颗粒,表现出优异的催化剂稳定性。(2)发展了以p-CNF为载体、基于原子层沉积技术可控构筑Pt-CoO界面的新方法,发现p-CNF有助于HER过程中电子的传导以及高分散的Pt、CoO纳米颗粒的锚定,且Pt-CoO界面能显著调变Pt纳米颗粒的电子结构,研制的Pt-CoO/p-CNF催化剂相比于商业Pt/C催化剂表现出显著提升的HER活性和稳定性,其中10 mA cm-2电流密度条件下该催化剂过电势仅为26 mV。此外,Tafel动力学分析结果表明:Pt-CoO界面的存在将p-CNF负载Pt催化剂上HER机理从Volmer-Heyrovsky机理转变为Volmer-Tafel机理。