双金属材料具有与单金属显著不同的物理化学性质,为构筑高效催化剂提供了一种新途径。但是,由于金属性质的差异,制备组成均匀、结构可调的双金属催化剂具有很大挑战。本论文以水滑石(LDHs)材料为基础,以金属催化剂的性能强化为导向,提出了内源和外源构筑法的设计思想,发展了结构可控、性能可调的双金属催化剂的制备方法；获得了几类组成、粒径、形貌、几何/电子结构可调的双金属催化剂,对于制氢、选择性加氢反应显示了良好的催化性能。采用多尺度研究方法(实验方法和DFT计算方法),探讨了双金属催化剂的结构对反应分子吸脱附性质影响的基本规律；揭示了双金属催化剂的几何/电子相互作用与协同催化效应之间的内在联系。论文工作为双金属催化剂的设计、制备、性能强化提供了新思路和新方法,具有一定的理论价值和实际应用前景。本论文的主要研究内容与结果如下：1.双金属复合催化剂及其催化制氢性能研究基于内源构筑法,以不同Cu/Co比例的三元(CuxCoy)2Al-LDHs为前体,基于LDHs的结构拓扑转变过程,制备了比例可调的双金属Cu-Co催化剂,并研究了组成调控对催化制氢性能的影响。硼氨分解制氢性能测试表明金属元素的相对比例对于催化剂活性有重要影响,Cu/Co摩尔比为1时催化剂具有最优催化性能。催化硼氨产氢速率达到1000 mL/(min·gcat),在4分钟之内完全分解,与贵金属Ru、Pt的催化效率相当。结构研究表明催化剂中Cu和Co物种的电子相互作用促进了在反应过程中生成高活性的金属态Co物种,显著提高了产氢速率。此外,通过LDHs前体的原位生长反应获得了结构化的双金属Cu-Co催化剂,进一步提升了制氢活性和可循环利用性能。基于外源构筑法,基于LDHs前体制备了核-壳式Ni@(RhNi-alloy)/Al2O3双金属复合催化剂,并研究了双金属Ni-Rh催化剂的结构调控及其对催化制氢性能的影响。联氨硼烷分解制氢性能测试表明Ni@(RhNi-alloy)/Al2O3样品具有优异的产氢活性(每摩尔联氨硼烷产生5.74±0.2摩尔的H2+N2)和磁回收循环利用性。结构研究表明Ni@(RhNi-alloy)复合粒子的Rh-Ni合金壳层存在丰富的结构缺陷,构成了配位不饱和的高活性金属催化位,提升了催化产氢性能。此外,贵金属Rh富集于该复合结构的合金壳层(～2 nm),Rh/Ni比仅为1/15,显著提升了贵金属Rh的利用效率。2.金属间化合物催化剂及其选择性加氢性能研究以含Ni的LDHs前体为结构基础,基于内源或外源构筑法分别引入第二主族元素(In、Sn、Ga),经LDHs前体拓扑转变制备不同种类(Ni-In、Ni-Sn、Ni-Ga)的Ni基金属间化合物,并研究了其对不饱和醛和苯乙炔选择性加氢的催化性能。研究表明LDHs拓扑转变过程中Ni元素促进了In、Sn、Ga等主族元素的还原并生成相应的金属间化合物；该金属间化合物粒子“锚定”于氧化物载体,增强了纳米粒子的稳定性。催化性能评价表明以LDHs为前体合成的Ni-In、Ni-Sn、Ni-Ga金属间化合物催化剂对不饱和醛加氢生成不饱和醇、苯乙炔加氢生成苯乙烯具有显著提升的选择性。通过对比研究Ni基金属间化合物对不同类型的烯醛、醛、烯和炔的加氢反应规律,发现Ni基金属间化合物削弱了C=C官能团的加氢活性,而保持了C=O官能团加氢活性,二者相对加氢活性决定了产物选择性。结构表征和DFT计算表明Ni基金属间化合物(Ni-In、Ni-Sn、Ni-Ca)具有特定的晶体结构和有序的原子排列,两种金属元素的相互均匀分散和化学成键作用,减少了连续的Ni位点,并使电子由主族元素转移到Ni,构成了几何和电子结构均一的双金属活性位。丁烯、乙醛等探针分子的原位红外吸附和反应评价表明连续Ni位点的减少削弱了C=C双键的解离缔合吸附(di-o (CC)),而电子作用促进了C=O双键的极化和解离缔合吸附(di-o (CO)),从而增加了不饱和醇的生成选择性。本文揭示了金属间化合物的几何和电子效应对不饱和醛和苯乙炔加氢选择性影响的作用机制,为高效选择性加氢催化剂结构设计提供了一定的参考。