随着世界人口的增长与社会经济的发展,人们对化石燃料的使用不断增加。化石燃料的大量使用不仅引发了能源危机问题,还造成了环境污染问题。为了解决这两个问题,首先要提高能源的利用效率,比如增加燃料电池的使用。其次要开发清洁能源代替传统的化石能源,比如氢气。电解水制备氢气即析氢反应(HER),燃料电池的阴极反应氧还原反应(ORR),都依赖高性能的催化剂来提高反应的速率。目前最高效的析氢反应催化剂和氧还原反应催化剂都是铂,但是其昂贵的价格和稀少的储量限制了铂催化剂的广泛使用。因此,减少铂的用量或开发其他高性能催化剂是当前研究的重点。一种可行的方法是制备贵金属与载体的复合物来催化析氢反应和氧还原反应,该催化剂一方面具有贵金属优异的催化性能,另一方面,载体的存在可以降低贵金属的用量从而降低催化剂的成本。因此,本文主要介绍通过将贵金属与硅或锗复合作为催化剂,探究其在析氢反应和氧还原反应中的应用,具体包含以下几个工作:(1)通过被氢氟酸刻蚀后硅纳米线的还原性将铂铱双金属纳米粒子原位还原在硅纳米线表面,并研究其在析氢反应中的催化活性。通过对比含有不同铂铱质量比的催化剂发现,当铂铱质量比为1:1时,催化剂具有最优的析氢催化性能,电流密度达到10 mA·cn-2时的过电位仅为36 mV,并且塔菲尔斜率只有16.2 mV·dec-1。该催化剂在高电位下的催化活性高于商业铂碳,同时具有超越商业铂碳的稳定性,更有利于在实际工业生产中的应用。(2)通过使用锗纳米粒子作为载体生长铂、铑、金等贵金属,合成贵金属锗催化剂,并探究载体锗对析氢反应催化剂的影响。实验结果表明在低电位下铂锗催化剂具有最高的催化活性,而当过电位超过188 mV后,铑锗催化剂的催化性能反超了铂锗催化剂,说明铑锗催化剂更适合在工业中生产氢气的应用。相比于纯铑纳米催化剂,将其负载于锗上显著提高了其催化活性,其中铑含量为31.6%时催化性能最高,表观电流密度达到了纯铑催化剂的2.5倍,说明锗作为载体可以有效地提高析氢反应催化剂的性能。(3)合成硅纳米线负载的铂催化剂,将其应用在氧还原反应中,并探究该催化剂的抗甲醇中毒能力。通过对铂硅催化剂的电化学表征发现,该催化剂拥有与商业铂碳相比拟的氧还原反应催化性能,其极限电流略低于商业铂碳催化剂,而半波电位略高于商业铂碳催化剂。并且铂硅催化剂的抗甲醇中毒能力远超商业铂碳催化剂,意味着该催化剂有着更好的稳定性,这使得铂硅催化剂有着更大的实际意义。