电催化反应在燃料电池、清洁能源、CO₂固化和污染物降解等领域有着非常广泛的应用。在这些应用中,催化剂是必不可少的组成部分,高性能的催化剂能够显著降低能量的损耗,提高催化反应的速率,对于电催化技术的发展有着极其重要的意义。Pt、Pd等贵金属的耐腐蚀性能好,催化活性高,在多种电催化反应中都能担当重任,然而,其稀少的储量和较高的价格限制了其大规模的应用。于是,如何减少贵金属催化剂的用量,提高其电催化性能成为了人们重点关注的话题。目前,通过对贵金属进行晶面调控和成分调控的策略难以使材料同时获得优秀的催化活性和稳定性,而在贵金属中引入多孔结构能够很好地解决这个问题。本文从制备可控的多孔结构角度出发,以储量相对丰富的Pd为研究对象,制备了有序介孔薄膜、自支撑纳米管阵列以及自支撑介孔纳米管阵列三种不同结构的多孔纳米材料,系统地研究了制备工艺对材料的形貌和结构的影响,提出了它们的生长机理,并以甲酸和甲酸盐的电催化为模型,证明了可控的多孔结构能够显著提高贵金属纳米材料的电催化性能。主要工作包括:1.利用蒸发溶剂方法原位生成的液晶模板,以电沉积方式在GC电极上制备了有序介孔Pd薄膜。在沉积过程中,模板形成了反双钻石立方(Q₂₂₄)液晶相,具有双连续的孔道,由于前驱体尺寸相对较大,Pd只能填充其中一个孔道,形成单钻石立方(Q₂₂₇)结构的介孔薄膜。薄膜中的孔道与外界完全连通,有利于液相传质,其电化学活性面积（ECSA）和甲酸催化活性分别高达90.5 m²/g和3.34 A/mg,远高于商业Pd/C和非介孔薄膜。改变温度和沉积电位会对介孔薄膜的形貌产生显著的影响,在20℃和0.1 V条件下制备的产物具有最理想的有序介孔结构。如果升高温度或降低沉积电位,薄膜中介孔结构的有序性就会消失,而如果在较高的电位下沉积,则会得到球形的介孔纳米粒子。通过表征这些具有不同形貌的产物的电化学性能,表明有序的介孔Pd薄膜拥有最大的ECSA和最好的甲酸催化活性,而无序的介孔产物均无法达到这种性能,从而证明有序介孔结构对催化剂性能的巨大提升作用。2.利用AAO模板和电沉积方法制备了自支撑的Pd纳米管阵列。纳米管具有贯通的规则管状结构,其阵列可以轻松转移到任意基体上并保持阵列结构的完整。通过改变电解液浓度、沉积电位、沉积时间等条件研究了电沉积工艺对纳米管形貌的影响,详细解释了其中的生长机理:只有在温和的条件下,Pd沿着孔的轴向生长速率与离子的扩散达到平衡时才能得到薄壁的纳米管。如果电解液浓度过高,管壁会逐渐变厚形成实心的纳米线;如果沉积电位过低,则会变成不规则的树枝晶。自支撑Pd纳米管阵列的电化学表征表明其ECSA可达43.7 m²/g,分别在酸性和碱性条件下对甲酸和甲酸盐的催化活性达到0.95 A/mg和1.00A/mg,并且在完成50个甲酸盐的催化循环后仍然能保持96.7%的催化活性。3.在自支撑Pd纳米管阵列的基础上,利用AAO与软模板的结合制备了自支撑的Pd介孔纳米管阵列。软模板的引入使纳米管的管壁上产生了丰富的介孔结构,同时,由于其限制了离子的扩散,电解液浓度对介孔纳米管的形貌影响较小,而沉积电位的影响则更加显著。过低的沉积电位会导致产物变为镂空的纳米线。Pd介孔纳米管阵列具有非常大的ECSA（82.7 m²/g）,其甲酸和甲酸盐催化活性高达3.64 A/mg和3.87 A/mg,与前面的纳米管阵列相比,有了进一步的提高。这不仅归功于介孔材料拥有的巨大的比表面积,更归功于由介孔引入的大量缺陷位点。此外,Pd介孔纳米管阵列还具有优秀的循环稳定性,催化甲酸盐50个循环后仍能保持92.6%的催化活性。