随着在开拓取代性可再生和可持续能源方向的需求以及对基本应用开发接连不断的迫切需求和兴趣，已经建立可行的燃料电池配置用于不同类别的平台。其中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）是正在开发的最有前途的清洁能源技术之一。它的效率高达60％左右，相对于传统化石燃料来说具有更高的能量转换效率以及使用清洁燃料而不排放污染物的能力。尽管有这些优势，但其成本问题限制了PEMFC技术向市场的普及。特别是，目前PEMFC中使用最广泛的铂（Pt）催化剂大约需要30克，价值数千美元，占比PEMFC全部成本的很大一部分。因此，以实现大规模工业化为目标，研发经济高效的新型催化剂已成为当务之急。
　　本文基于催化剂的研究背景，设计合成了两个贵金属基催化剂以用于氧还原反应（ORR）性能测试。一个是采用SiO2牺牲模板法和高温热分解法制备的三维气泡状多孔杂原子掺杂碳固定的磷化钯纳米颗粒复合材料（Pd3P@NPC）。ICP-AES、TEM等表征手段表明Pd3P@NPC催化剂中Pd的上载量较低（5.20wt%），而且Pd3P@NPC中锚定的磷化钯纳米颗粒平均尺寸约为4.9nm，具有纳米尺寸效应，可以暴露更丰富的活性位点来增加催化活性。Pd3P@NPC中，磷化钯颗粒和碳基底的导电性好，能够加快电子之间的传输。根据XPS探测，发现颗粒和基底之间具有强烈的电子相互作用，这不仅能够调整原子的电子结构，优化ORR活性，还能使纳米颗粒稳稳地负载在基底上不发生脱落和聚集，确保良好的稳定性。Pd3P@NPC催化剂在含有0.1M KOH碱性介质的标准三电极系统中的ORR性能测试结果表明，Pd3P@NPC的半波电位为0.885V，比Pt/C高36mV，且质量活性比Pt/C高出8.18倍。在经受40000圈电位循环扫描后，Pd3P@NPC的质量活性相较于稳定测试之前只损失了14.48%。其优异的ORR活性源于催化剂中两部分的协同催化作用。
　　另一个贵金属催化剂是使用水热法和高温热分解法合成的片状纳米筛结构支撑的金属颗粒复合材料（Pt@V8C7）。通过物理表征技术确定Pt@V8C7中Pt的负载为6.82wt%，Pt颗粒的尺寸在1-3nm左右，其纳米尺寸效应暴露了更多的活性位点以用于提升催化活性。Pt@V8C7催化剂中，Pt颗粒和V8C7基底良好的导电性可以加速反应过程中电子的传输。XPS测试反映出颗粒和基底之间具有强烈的电子相互作用，调整了Pt原子的电子结构，从而在实质上提高了ORR活性。两者之间的相互作用还可以保证在催化进程中，Pt纳米颗粒牢牢地锚定在V8C7上，不会发生掉落或者积聚的现象。此外，采用标准三电极系统在旋转圆盘电极上测试了Pt@V8C7催化剂的ORR催化性能，测试结果表明其催化性能优于商业Pt/C，迈上了新的活性台阶。具体来说，在0.1M HClO4酸性介质中，Pt@V8C7的半波电位出现在0.903V，比Pt/C的半波电位高出51mV，其质量活性维持在0.513mAμgP?t1。在经历20000圈电势循环扫描测试后，其质量活性依然很高，是Pt/C在相应测试之后的9.79倍。其卓越的ORR催化活性是通过Pt@V8C7催化剂中Pt颗粒和V8C7基底之间的协同催化作用实现的。
　　通过本文的研究内容，实现了在减少贵金属用量的前提下保证ORR催化性能不降低甚至提高的目的。