燃料电池具有能量转换效率高、功率密度大以及环境友好等优点,有望成为极具发展前景的新型清洁动力装置。然而其缓慢的阴极氧还原反应（Oxygen reduction reaction,ORR）动力学限制了燃料电池商业化进程,另一方面,关键催化材料价格昂贵并且电催化活性和稳定性有待提高。贵金属Pt、Pd作为目前ORR活性较优的单金属催化剂,受到广泛研究,然而此类催化剂在制备以及电化学循环过程中普遍面临着催化剂团聚长大以及脱落等问题,这不可避免导致催化剂性能衰减。不仅如此,在燃料电池实际运行过程中,催化剂中毒问题同样会导致催化剂失活,严重制约了燃料电池的输出功率。针对上述问题,本论文以薄层碳限域的Pt、Pd基催化剂为模型,提出了多种碳层限域制备策略,并最终成功实现具有高稳定性以及优异抗毒化性能的贵金属基催化剂。通过系统地对材料进行结构表征与电化学测试,最终揭示了碳层限域对催化剂活性、稳定性以及抗毒化性能的影响规律,为高活性、高稳定性的电催化剂设计提供了思路。论文的研究内容和成果如下:（1）以双氰胺为碳源,采用一步热处理法直接得到氮掺杂碳包覆的Pt-Fe金属间化合物（O-Pt-Fe@NC/C）,并将其应用于电催化氧还原反应。结果表明,原位形成的氮掺杂碳不仅能够有效限制合金有序化过程中所发生的颗粒团聚问题,还有效地抑制了运行过程中过渡金属溶出以及团聚、脱落等问题,从而提高了催化剂的长时间稳定性,经过10 000圈循环后,ORR的半波电位仅衰减了4 m V。使用该材料组装成的高温PA/PBI膜燃料电池的峰值功率密度可达384 m W cm-2。（2）考虑到Pt易中毒及资源匮乏等问题,选用储量相对丰富的Pd,采用一步高温热解策略构筑了氮掺杂碳层限域的Pd-Fe有序合金（O-Pd-Fe@NC/C）,并探究其ORR性能。结果表明,碳层的限域效应使得该催化剂在酸性和碱性介质中均表现出良好的稳定性,尤其是在碱性条件下,循环30 000圈后的半波电位仅衰减了～2 m V,明显优于Pt/C催化剂（63 m V）。同时,表面碳层的包覆还有效地减弱了催化剂与CO,SOx以及POx之间的吸附强度,显著提升了催化剂的抗毒化性能。使用该催化剂组装成锌-空气电池进行测试,其峰值功率密度可达169 m W cm-2,且在160 h的充放电循环过程中充放电平台没有发生明显变化。（3）进一步,发展了一种低温（～150℃）制备碳层限域Pt催化剂的策略,有效地避免了传统高温碳化过程导致催化剂发生部分团聚,进而产生的催化剂性能衰减问题。与传统Pt/C催化剂相比,由于碳层对Pt核的限域效应,催化剂在使用过程中的稳定性得到显著提升,在0.6～1.0 V循环条件下循环30 000圈后,质量比活性仅衰减～3.6%。不仅如此,碳层包覆还有效抑制了催化剂与小分子毒化物种（CO,SOx以及POx）之间的吸附强度,因此制备的Pt@C/C催化剂同时还表现明显提升抗毒化性能,其CO氧化峰电位相较于没有碳层限域的Pt/C催化剂负移了～18 m V,经SOx毒化后的半波电位仅衰减了29 m V。