燃料电池作为一种新兴的发电技术，在全球变暖和油价飙升的今天，以其清洁、高效的特点被寄予一举解决“能源危机”和“环境污染”两大难题的厚望，被认为是21世纪最为重要的动力能源之一。迄今为止，质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFCs）的阴极和阳极有效催化剂仍以铂为主。由于铂的价格昂贵，资源匮乏，造成PEMFC成本很高，大大限制了其广泛的应用。因此，降低贵金属催化剂用量，寻求廉价催化剂，提高电极催化剂性能成为电极催化剂研究的主要目标。对于阴极催化剂，研究重点：一方面是改进电极结构，提高催化剂的利用率；另一方面是寻求高效廉价的可替代贵金属的催化剂。Pd跟Pt同族，而其地球储量更高，因此有必要研究Pd基催化剂的性能和应用。 本文首先研究了Pd电极在不同溶液环境中对的乙醇催化氧化。通过配制含不同种类、不同浓度离子和pH值的溶液，扫描Pd电极在溶液中的循环伏安图，对这些图的分析表明氢的存在对电极性能影响显著，由于氢离子、阴离子较易被电极吸附，它们一般会阻碍醇氧化的进行。但随浓度的变化也会出现一些反常变化，表明之间相互作用复杂，溶剂效应明显。其次通过乙二醇还原—交替微波加热法制备了碳载Pd，Pd—Ni催化剂，并用XRD，SEM和电化学方法对其形貌、结构及电化学性能进行了表征。实验结果表明，通过Pd中掺杂Ni原子，其对氧还原反应（ORR）的催化活性较纯Pd得到提高，抗CO毒化性能也比Pt催化剂强。对Ni能增强Pd催化剂的氧还原性能，论文工作中采用密度泛函理论（DFT）计算了一系列简化的团簇模型。计算结果显示：1）随着Ni的加入，纳米颗粒的最高占据轨道（HOMO）与最低空轨道（LUMO）能级被普遍抬高，且两能级间隙（HLG）减小。从而在氧还原反应中，一方面由于其LUMO被抬高，降低了电子亲和能，带负电的催化剂颗粒更易把电子传递给O2，另一方面由于能级间隙减小，电中性颗粒HOMO上的电子也容易失去。这两方面的作用，使其对O2还原活性得以增强；2）Fukui指数结合密度泛函理论和Mulliken布居分析指出，表面的Pd原子为催化剂团簇的活性中心。这解释了催化剂中不同的原子比如何导致催化剂整体性能的变化。指出为了更好地发挥其性能，应该让更多的活性中心原子处于纳米颗粒的表面。 本文绪论首先论述了氢能、燃料电池在解决“能源危机”和“环境污染”方面的意义、途径。接着介绍燃料电池原理，指出存在的问题：成本高昂，应用受限。从而提出发展催化剂技术对于解决燃料电池应用问题的意义。第二章，介绍实验设备、方法、理论工具和问题的理论解决方案。第三章到第五章，叙述本文所做过的实验和理论工作。第六章为全文结论总结和工作展望。