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相比于传统的化石能源,可再生能源受到了越来越多的关注。开发直接甲醇燃料电池和电解水产氢技术,是解决能源和环境问题的有效方法。直接甲醇燃料电池作为一种应对未来能源危机的理想装置,在阳极和阴极侧分别发生甲醇氧化反应(Methanol Oxidation Reaction,MOR)和氧气还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)。目前,贵金属Pt、Pd材料虽然是有效的MOR催化剂,但是这些催化剂成本高、抗CO毒化能力和稳定性差,严重限制了其在实际中的商业化应用。氢能是一种可再生的高效清洁能源,能量密度高,应用前景广泛。电解水产氢作为一种清洁环保的产氢方式,在生产过程中没有污染物的产生,能够有效地将太阳能、风能、潮汐能等间歇性能源生产的电能转化为化学能。虽然商业Pt/C催化剂依然是公认的高效电解水析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)催化剂,但是Pt的成本高、储量低且稳定性差,严重限制了电解水装置的广泛应用。因此,对于甲醇氧化反应而言,急需要开发高效、稳定、抗CO毒化能力强的的Pt、Pd基催化剂;对于析氢反应,开发低价格、高催化活性和稳定性的析氢反应催化剂是至关重要的。本文旨在构筑高效稳定的催化剂材料,并将其分别应用在直接甲醇燃料电池甲醇氧化反应和电解水析氢反应中,采用简单的微波和水热反应法在尺寸均匀的碲纳米棒上负载不同的贵金属Pt、Pd、Ru。研究内容主要包括以下三部分:(1)Te纳米棒负载贵金属Pt(Pt/Te)催化剂的制备及其对甲醇氧化催化性能的应用研究。首先采用溶剂热法制备尺寸均匀的Te纳米棒,接着采用乙二醇还原法将Pt纳米粒子生长到Te纳米棒上。通过电化学方法对材料进行分析,我们发现Pt/Te催化剂在 0.5 M H2SO4+1.0 M CH3OH 和 1.0 M KOH+1.0 M CH3OH 溶液中,均表现出优异的催化活性、抗CO毒化能力和稳定性。根据d带中心理论和双功能催化机制,亲氧特性的Te促进了水的活化,为氧化去除CO中间体提供更多的含氧物种,并且Pt与Te之间的协同效应有效地促进了富电子Pt表面的形成,削弱催化剂对CO毒化物种的吸附能力,提高电化学反应过程中的电荷转移速率,进而提高了催化剂的醇类电氧化性能。(2)Te纳米棒负载贵金属Pd(Pd/Te)催化剂的制备及其对甲醇氧化催化性能的应用研究。采用乙二醇还原法将Pd纳米粒子还原生长到尺寸均匀的Te纳米棒上,得到Pd/Te催化剂。通过物理表征和电化学测试,我们可以发现Pd/Te催化剂的纳米棒形貌得到了很好地保持,并且在碱性环境中表现出优异的甲醇电氧化活性、稳定性和抗CO毒化能力。催化剂表现出优异的催化性能,可能是因为Pd活性位点周围的电子排列进行了重排。Pd和Te的协同效应导致Pd0的含量增多和促进富电子Pd表面的形成,加速了 CO毒化中间体的氧化。(3)Te纳米棒负载贵金属Ru(Te@Ru)催化剂的制备及其对电解水产氢催化性能的应用研究。通过两步水热还原法制备以Te纳米棒为核,金属Ru纳米层为壳的复合材料。在0.5 M H2SO4溶液中,Te@Ru催化剂表现出优异的析氢性能,在达到电流密度10 mA cm-2时所需要的过电位(86 mV),远远低于自制Ru催化剂所需要的过电位(130 mV)。通过对比材料的比活性和周转频率,我们发现Te@Ru具有最好的本征活性,这可能是因为独特的核壳结构和催化剂体系中金属Ru与半金属性质Te之间的协同效应。均匀负载的金属Ru层可以暴露更多有效的活性中心,进而有效地提高了催化反应效率。