直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cells,DMFCs）因其具有能量密度高、环境友好、易于储存、携带方便和近乎零污染排放等优点而被广泛研究，已成为小型便携式电源的理想动力源之一。然而，目前DMFCs在实际使用过程中依然存在一些局限性。首先，作为燃料的甲醇分子会通过电池中的有机质子交换膜从阳极向阴极进行扩散从而产生混合电位，进而对电池输出效率产生负面影响；其次，作为DMFCs的重要组成部分，目前常用的质子膜成本远高于市场需求，使DMFCs成本随之增加；此外，反应过程中甲醇电氧化所产生的中间产物会吸附在催化剂表面，占据活性位点而使催化剂快速失活。因此，制备和寻找高活性电催化剂是提高DMFCs性能的重要途径。　　目前，对于DMFCs的应用，Pt基催化剂仍然是使用最为广泛的催化剂，贵金属Pt在高性能阳极电催化剂中依然占据主要地位。昂贵的价格、较低的CO耐受性、催化活性低等问题一直是Pt作为电催化剂无法满足实际应用的主要障碍。经过多年的探索和努力，到目前为止，对Pt基催化剂的研究主要集中于以下两个方面：一是对Pt基催化剂进行合金化或者杂原子掺杂，合成Pt基合金催化剂或非Pt催化剂，通过引入其它价格较低的金属降低Pt的用量或不使用Pt金属；二是对负载型Pt基电催化剂的载体进行改性，在有效地降低催化剂使用成本的同时，也能够提高贵金属分散性，增加其催化效率和综合性能。　　本文针对上述Pt基催化剂研究存在的问题，采用溶液精准化学合成策略，通过与其他金属合金化、杂原子掺杂和表面电荷调控等途径，可控构筑了Pt基纳米催化剂，实现了对其组成、结构、尺寸、形貌、表面态、表面电荷、合金化和杂原子表面掺杂等的调控，并系统研究了系列Pt基催化剂的甲醇电氧化和氧还原催化性能，阐明了其组成—结构—性能关系，进而在降低Pt基催化剂成本的基础上提高了催化活性和稳定性，为Pt基纳米催化剂走向实际应用提供了理论指导和候选材料。　　具体研究内容如下：　　（1）本文第一部分工作开发了惰性气氛保护下的溶剂热合成方法，利用高压平行反应装置（Wattecs Parallel Autoclave System），采用一步法合成了具有3D超晶格结构的Pt纳米催化剂，系统探讨了溶剂、表面活性剂和结构导向剂等对Pt纳米催化剂的自组装行为、结构、形貌和催化性能的影响，阐明了Pt纳米催化剂自组装结构的形成机理。同时，以甲醇电氧化反应为模型反应，对比评价了具有不同形貌的Pt纳米催化剂的催化性能，其中具有3D超晶格结构的Pt纳米催化剂具有优异的电催化性能，其催化活性较商用Pt/C催化剂高2倍，且具有较强的CO耐受性，表明其具有优异的电催化稳定性。该合成方法操作简单、反应条件温和、可实现对Pt纳米晶催化剂的组成、结构、自组装和电催化性能的有效调控。　　（2）本文第二部分工作尝试在Pt基纳米催化剂中引入元素周期表中与Pt邻近的Ru、Rh和Ir元素，采用高压平行反应装置合成了系列Pt/Ru、Pt/Rh和Pt/Ir纳米催化剂，系统研究了引入不同金属合金化对催化剂的结构、尺寸、形貌、表面特性的影响，并以氧还原（ORR）电催化为模型反应，对其ORR电催化性能进行了系统研究。　　（3）本文第三部分工作以第一部分工作为基础，在不破坏Pt3D超晶格结构的前提下，为了增强协同作用，提升Pt基催化剂的催化活性和耐久性，尝试将Pd引入到Pt基纳米催化剂，采用高压平行反应装置，成功地得到了具有3D超晶格结构的Pt/Pd纳米催化剂，并且探讨了Pt/Pd纳米催化剂的三维自组装结构的形成机制。同时调整实验条件，分别得到了Pd@Pt核壳纳米催化剂和Pt/Pd单分散纳米催化剂作为对比，系统研究了Pt/Pd纳米催化剂的结构、尺寸、形貌、构造、表面特性、表面N原子掺杂等对其MOR性能的影响，结合X射线吸收精细结构谱和密度泛函理论计算结果，揭示了Pt/Pd纳米催化剂的3D自组装结构对其电催化活性提高的影响机制，获得了3D Pt/Pd纳米催化剂较高的MOR催化活性和耐久性。　　（4）本文第四部分工作以降低Pt基电催化剂成本、提高电催化活性为目标，在Pt基纳米催化剂中引入了廉价金属Fe，采用高压平行反应装置以抗坏血酸、甘氨酸和水合肼为还原剂，合成了系列Pt/Fe纳米催化剂，系统研究了不同还原条件下，Pt/Fe纳米催化剂的结构、尺寸、形貌和表面特性，以MOR和ORR为模型反应，探讨了Pt/Fe纳米催化剂中结构、组成与其电催化性能的关系。　　（5）本文第五部分工作系统探索了在Pt基纳米催化剂中引入其它廉价过渡金属Cu、Ni和Co，以DMF为溶剂、抗坏血酸为还原剂，采用高压平行反应装置合成了系列Pt/Cu、Pt/Ni、Pt/Co纳米催化剂，对其组成、结构、形貌和表面特性进行了研究，以MOR和ORR为模型反应，评价了其电催化性能，探讨了Pt/Cu、Pt/Ni、Pt/Co纳米催化剂的结构-性能关系，并且探索了催化剂中各元素价态组成与其电催化活性的关系。