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本文以新型碳材料还原性氧化石墨烯(rGO)为载体，通过浸渍还原法成功制备了Pt-PdFe三元异质结构催化剂(Pt-PdFe/rGO)，和CoOx修饰的Pt-Pd异质结构催化剂(PtPdCoOx/rGO)。采用AFM、XRD、EDS、FTIR、Raman、TEM/HRTEM/STEM、XPS和TG-DTA等表征手段系统研究了所得催化剂的结构、形貌和组成，并通过改变非贵金属含量探讨催化剂结构和形貌的变化。采用电化学手段考察所得催化剂在甲醇、甲酸电氧化反应中的催化活性和稳定性，揭示了催化剂结构和性能间的关系。本论文的主要结论和创新点如下:
(1)以改进的Hummer法制备的氧化石墨烯(GO)为载体，通过浸渍还原PdCl2和FeCl3，使PdFe合金粒子均匀分散在GO表面(PdFe/GO)，然后同时浸渍还原Pt前驱体(H2PtCl6)和GO载体，Pt纳米粒子在PdFe合金粒子表面外延性生长，形成Pt-PdFe纳米异质结构，与此同时，GO载体被还原为rGO，即得到Pt-PdFe/rGO三元异质结构催化剂。
(2) Pt-PdFe/rGO催化剂载体表面纳米粒子分散均匀，随着Fe含量的提高（Pt∶ Pd∶Fe原子比:1∶3∶1～1∶3∶9）粒子尺寸逐渐降低，其中Pt1-Pd3Fe9/rGO催化剂拥有最小的粒径(2.4 nm)。分析结果发现，rGO表面丰富的含氧官能团不仅降低了纳米粒子的尺寸，而且有助于金属-载体间相互作用的形成。Pt在PdFe粒子表面生长形成Pt-PdFe异质结构，使Pt4f7/2向低结合能方向偏移(～0.30 eV)，即Pt与PdFe粒子间存在电子相互作用。
(3)电化学测试结果表明，Pt-PdFe/rGO催化剂拥有高于商用Pt/C催化剂的甲醇和甲酸氧化活性和稳定性，其中Pt1-Pd3Fe9/rGO拥有最好的催化氧化能力，在酸性甲醇、碱性甲醇和甲酸溶液中其峰电流密度分别是商用Pt/C催化剂的5倍、10倍和13倍。小尺寸高分散的纳米粒子的形成、金属间电子相互作用和金属-载体间协同作用的存在是Pt1-Pd3Fe9/rGO优异的催化性能的原因。
(4)以GO为载体，通过浸渍还原PdCl2和CoCl2，使Pd粒子均匀分散在CoOx修饰的GO表面(PdCoOx/rGO)，然后同时浸渍还原H2PtCl6和GO载体，Pt粒子在Pd晶核上生长形成CoOx修饰PtPd异质结构粒子，即得到PtPd-CoOx/rGO催化剂。
(5) PtPdCoOx/rGO催化剂载体表面纳米粒子分散均匀，随着Co含量的提高（Pt∶Pd∶Co原子比1∶3∶1～1∶3∶9）粒子尺寸逐渐降低，其中Pt1Pd3Co9/rGO催化剂拥有最小的粒径(1.7 nm)。分析结果发现，CoOx以无定形态均匀分散在rGO表面，不仅有助于Pt-Pd纳米异质结构粒子的分散，而且所含的Co(OH)2和CoOOH在电化学环境下相互转化过程中能有效移除毒性物种，促进金属-载体间相互作用的形成。
(6)电化学测试结果表明，PtPdCoOx/rGO催化剂拥有优于商用Pt/C催化剂的甲醇和甲酸氧化活性和稳定性，其中Pt1Pd3Co3/rGO催化剂拥有最好的催化能力，在酸性甲醇、碱性甲醇和甲酸溶液中其峰电流密度分别是商用Pt/C催化剂的5.5倍、11倍和13倍。小尺寸高分散的纳米粒子的形成、金属间电子相互作用和金属-载体间协同作用的存在是Pt1-Pd3Co3/rGO优异的催化性能的原因。
论文研究结果表明，以石墨烯为载体的PtPd基三元异质结构催化剂在催化甲醇和甲酸氧化领域表现突出，有助于促进燃料电池的商业化应用。