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众所周知,日益增长的环境污染和能源短缺一直都是人类可持续发展亟待解决的问题之一。近年来,燃料电池和氢能源的出现给人们提供了一个新的思路。其中铂(Pt)催化剂是许多重要应用中最高效的单金属催化剂,然而Pt的高价、低储备以及极易CO中毒等因素限制了其大规模商业应用。因此,从降低Pt的使用量并提高其催化活性的目的出发,通过引入廉价的过渡金属(M= Co)来降低催化剂成本,同时调控形成三维纳米花枝状结构来增大催化活性面积,提高催化活性。具体来说,本论文主要采用简单的一锅溶剂热法,使用十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)作为调控分子,不同的还原剂(葡萄糖、谷氨酸、柠檬酸)制备了花枝状结构PtCo纳米材料。通过一系列的表征手段(透射电子显微镜(TEM),高角环形暗场-扫描透射电镜-能谱仪(HAADF-STEM-EDS),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)等)对合成的PtCo纳米材料进行表征,并研究它们的形成机理。同时对该材料进行了电化学性能测试(包括丙三醇的催化氧化、氧气的还原和氢气的析出)。结果表明所制备的材料与商业Pt黑或Pt/C催化剂相比表现出较好的催化性能。这主要归因于它们独特的花枝状结构以及Pt和Co之间的协同效应。主要内容如下:(1)多足状Pt76Co24纳米晶的合成及其电催化性能研究以L-谷氨酸作为绿色还原剂,CTAC作为形貌调控剂,通过一种简单的溶剂热法共还原合成具有丰富活性位点和富Pt表面的多足状铂钴纳米晶(Pt76Co24 NMs)。该材料比Pt49Co51纳米粒子(NPs,15.17m2 g-1)、Pt80Co20NPs(16.71m2 g-1)和商业Pt黑(20.35 m2g-1)相比具有较大的电化学活性面积(24.49m2g-1),并在酸性条件下对氧气还原反应(ORR)和析氢反应(HER)表现出较好的催化活性。其中Pt76Co24 NMs的ORR质量活性(105.26 mAmg-1Pt)远大于商业Pt黑催化剂的质量活性(27.35 mAmg-1Pt)。此外,该材料与商业Pt/C和Pt黑相比表现出更卓越的稳定性和耐久性。这些结果表明Pt76Co24NMs催化剂在能量转换和储存方面具有潜在的应用前景。(2)多枝状Pt4Co纳米晶的合成及其电催化性能研究以CTAC作为结构导向剂,柠檬酸作为还原剂,油胺作为共还原剂,通过简单一锅溶剂热法成功合成具有丰富活性位点的Pt4Co多枝纳米晶(Pt4Co MDs)。通过一系列的表征技术对该材料结构进行分析。此外,该材料具有较大的电化学活性面积(28.27 m2 g-1),与商业Pt黑催化剂相比对ORR(279.14 mAmg-1Pt,0.89mAcm-2)和丙三醇氧化反应(GOR,1422.56mAmg-1pt,4.58 mAcm-2)具有更高的质量活性和面积活性。同时采用加速稳定性测试的方法进一步表明了Pt4CoMDs的增强的稳定性。因此,Pt4CoMDs催化剂优异的催化性能使其在能量储存和转换方面表现出潜在的应用价值。(3)花状Pt2.6Co1纳米晶的合成及其电催化性能研究以CTAC作为结构导向剂,葡萄糖作为绿色还原剂成功制备Pt2.6Co1花状纳米晶(Pt2.6C01MNFs)。通过一系列的表征技术(TEM,HAADF-STEM,XRD和XPS)对该材料结构与组成进行分析。该催化剂与Pt1.2Co1纳米晶(NCs,14.96 m2 g-1Pt),Pt37Co1NCs(16.96m2g-1Pt)和 Pt黑(20.35 m2g-1Pt)相比具有较大的电化学活性面积。并且制备的 Pt2.6Co1NFs 与 Pt1.2Co1NCs,Pt3.7Co1NCs,Pt/C,Pt黑催化剂相比在酸性和碱性条件下都表现出较高的HER的催化活性和稳定性。此外,Pt2.6Co1 NFs的ORR电催化在酸性条件下比在碱性条件下展示出了更优异的活性和稳定性。这些结果表明Pt2.6Co1 NFs催化剂在燃料电池方面有着较好的应用前景。