能源问题是人类社会面临的重大问题之一。随着全球人口的不断增长,人类对能源的需求日益增加,储量有限的化石能源被不断消耗,而新能源的利用又大多处于初始研究阶段,因此,必须研究和开发化石能源的高效绿色利用技术,发展太阳能等新能源利用途径。基于贵金属材料所具有的丰富催化性质和表面等离子激元共振行为,本文面向能源高效利用需求,开展了的贵金属纳米材料制备及应用研究。采用提高催化剂表面活性和比表面积两种方法有效地提高了贵金属催化剂的催化活性。此外,本文还充分利用贵金属纳米材料具有的表面等离子激元共振性质,设计了双功能的Au-Pd复合结构,使之将表面等离子激元共振和催化性质相结合,将光能转化为热能,并将热能提供给Pd催化的反应,从而初步实现了太阳光能在化学反应中应用。　　(1)同质外延生长合成贵金属纳米材料　　通过改进和优化本组以及文献报道的贵金属纳米材料的合成方法,制备了尺寸可控的金纳米棒、金纳米八面体以及钯纳米立方体,进而通过金和钯种子生长法实现了同质外延生长。研究表明,金和钯纳米颗粒均可进行二次生长,而且由金盐和钯盐所组成的生长溶液可以作为相应二次生长原料。　　(2)异质外延生长合成贵金属纳米材料　　通过异质外延生长的方法制备了以Au元素和Pd元素组成的核壳结构。该类核壳结构以Au纳米棒、纳米八面体或者以Pd纳米立方体为核,通过外延生长,就能得到Pd@Au@Pd@Au和Au@Pd@Au@Pd等多层异质纳米结构,采用消光光谱研究了它们的表面等离子激元共振行为。对于以金纳米八面体或钯纳米立方体为核的核壳结构来说,表面等离子激元共振行为会随着Pd壳层的变厚而阻尼耗散,并会随着Au壳层的变厚而逐渐恢复。本文建立的异质外延生长的方法具有过程简单、无复杂操作以及重复性好等特点,可用于其它金属体系的核壳结构的制备,包括具有更为复杂结构的核壳体系。　　(3)具有高指数晶面的Au-Pd核壳结构和它们的催化性质　　贵金属纳米材料是多种工业反应的催化剂。本文合成了表面为{730}晶面或表面为{221}晶面的Pd纳米颗粒,研究它们与Pd立方体催化性质的差异。由于直接合成具有高指数面的Pd纳米颗粒相对较困难,本文采取的方法是先制备具有高指数面的Au纳米颗粒,然后用外延生长法在其表面包覆一个约为5nm厚的Pd壳层。这种Pd壳层能够延续Au纳米颗粒的高指数面。进而以碘苯和苯硼酸的Suzuki偶联反应为模型反应来检测高指数Pd面的催化能力。研究结果表明,高指数Pd表面的催化活性要优于其低指数Pd{100}面,其单位表面原子的TONs是相应的低指数面的3～7倍。该设计方法可以用来制备高效低成本的贵金属催化剂。　　(4)多孔的Pd纳米结构和它们的催化性质　　为了得到兼具大比表面积和高表面活性的贵金属纳米颗粒,本文设计并合成了10～50 nm范围内可调的多孔Pd纳米结构。该纳米结构是由直径约3～5 nm的Pd小颗粒取向连接而成,孔道直径约为2～3 nm。该多孔纳米结构在溶液中分散性好,不需要强配位作用的表面活性剂修饰,从而达到了兼具高比表面积和高活性的特性。生长机理研究表明,在弱保护试剂下的Pd颗粒的快速生长对于形成多孔结构具有决定性作用。因此,可以通过调节纳米颗粒的生长速度来精确调控它的结构与外形。这一多孔结构的Pd纳米晶对于卤苯和苯硼酸的Suzuki偶联反应有着良好的室温催化活性,碘苯底物偶联反应的TOF是商用Pd/碳的30倍;同时,这一多孔纳米结构还具有很好的底物选择性,它对于间甲氧基溴苯和间甲基苯硼酸的催化效果最好。　　(5)将太阳能转化为热能并用于化学反应　　太阳光是地球上最丰富的资源,因此直接利用太阳光来加热化学反应不仅可以降低化石燃料的消耗,还将减少温室气体的排放。本文将贵金属材料所具有的表面等离子激元共振行为与催化活性优势结合,制备了以Au纳米棒为基础、在其两头生长Pd纳米颗粒的Au-Pd复合结构,实现了原位的光热转化和反应催化。利用这种结构可以在太阳光照下催化甲氧基溴苯和甲基苯硼酸的Suzuki偶联反应。这一设计思想对于太阳能的有效利用具有潜在意义。