自拉曼散射效应发现以来,拉曼光谱作为一种指纹识别信息技术赢得了研究者的广泛关注,表面增强拉曼光谱(SERS)的发展将拉曼光谱学又向前推进了一步。SERS凭借着对样品无损、无水干扰、可提供大量低波数区域(<1000 cm-1)下的指纹信息被广泛应用于金属与物质的吸附过程及金属的氧化过程中的研究。但由于纳米催化剂本身的形貌限制而无法直接获得SERS信号,而精确调控纳米催化剂的组分和结构是提高催化效率的一个重要策略,为了给催化剂的合成提供一个指导,亟需对催化剂的催化过程进行原位监测以达到揭示催化机理的目的,但是对于纳米催化剂催化过程原位监测技术,目前还是存在诸多问题。在2010年,我们课题组发展了壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS),壳层隔绝纳米粒子(SHINs)的发展克服了 SERS中材料普适性与形貌普适性的两大难题,如果可以把纳米催化剂与壳层隔绝纳米粒子通过自组装形成一种新的纳米结构-卫星结构,一方面可以发挥催化剂的催化性能,另一方面又可以利用壳层隔绝纳米粒子的电磁场增强能力,从而可以原位跟踪纳米催化剂的催化反应过程,实现了对非SERS材料的直接无干扰监测。本论文结合多种纳米合成与表征技术,精确的调控了纳米催化剂的组成、尺寸、形貌及结构,并结合原位SHINERS技术,关联了它们在电催化反应过程的中间物种与催化性能间的关系,从而实现了从分子水平上研究纳米催化剂的催化反应与反应机理之间的构效关系。本论文的研究内容主要如下:(1)研究了不同比例PtFe合金纳米粒子催化氧化CO的过程,利用EC-SHINERS技术探究Fe摩尔比的变化对催化剂催化CO性能的影响,通过实验发现加入Fe有利于削弱CO与Pt之间的相互作用,从而提高催化剂的催化性能。(2)设计了不同的结构的PtRu催化剂:PtRu合金及PtRu核壳结构,对这两种构型的PtRu催化剂催化CO及甲醇性能进行了对比,并借助EC-SHINERS技术,研究了 Ru在提升催化剂性能中所扮演的角色,实验发现Ru的加入可以大大提高催化剂催化氧化CO及甲醇的性能,主要是因为暴露在表面的Ru在低电位处可以提供大量的Ru的氧活性物种。