在21世纪的科技发展及工业化进程中,化石能源快速消耗导致的能源危机及环境污染问题日益严重,寻找可替代能源成为当务之急。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为将氢能转换为电能的高效装置,不仅能缓解能源短缺的危机,而且具有最终产物绿色环保的优点,被誉为21世纪能源和环境问题的最终解决方案。目前,制约质子交换膜燃料电池商业化的一个关键因素是贵金属铂催化剂的成本过于高昂。因此,如何提高铂催化剂的氧还原性能(ORR)并降低贵金属铂的使用量成为质子交换膜燃料电池的当前研究热点。近十年来,科研工作者通过掺杂廉价过度族金属和制备非铂催化剂等手段展开了广泛研究。研究发现通过将Ni元素掺杂进铂元素中形成铂镍合金催化剂后,能够减小过电位并极大的加速阴极氧还原反应,在氧还原反应中展现了极其优越的催化活性和较好的稳定性。Ni元素的掺杂不仅可以提高催化剂的氧还原性能,还可以降低铂使用的成本,在质子交换膜燃料电池领域展现出了广阔的应用前景。本文围绕铂镍合金纳米催化剂的设计、制备合成以及氧还原性能表征展开了一系列研究。主要成果如下:(1)使用简易的化学浸渍法,通过热力学调控的手段,成功合成单分散的铂镍合金纳米催化剂。实验结果表明PtNi纳米颗粒尺寸仅2.8nm,且铂镍的比例和表面活性剂三乙胺的添加量对纳米颗粒的尺寸及尺寸分布起决定性作用。在ORR测试研究中表明,铂镍催化剂具有优异的电化学活性面积(98.9 m2/gpt),质量比活性和面积比活性均高于商业铂碳催化剂(JM 60wt%)一倍左右,展现出了优异的催化活性。在后处理中发现,0.5M硫酸+400度淬火处理可以有效提高单分散铂镍晶的催化稳定性。在实际应用的膜电极测试中发现,PtNi合金纳米催化剂制备的膜电极在0.65V下的功率密度优于商业铂碳催化剂制备的膜电极,Ni的引入既提高了催化活性也降低了用铂成本,展现了铂镍催化剂在质子交换膜燃料电池领域广阔的应用前景。(2)使用溶剂热法,通过热力学调控的手段,成功合成了具有八面体形貌的铂镍合金纳米催化剂。实验结果表明苯甲酸钠能有效减小铂镍纳米晶八面体的颗粒尺寸并促进正八面体结构的成型;铂镍前驱体质量添加比例极大程度影响着铂镍纳米晶八面体的成型率,在铂镍前驱体质量添加比为2:1时,能获得较高铂镍纳米晶八面体的产率。在电化学活性稳定性测试中,铂镍纳米晶八面体展现了较优异的稳定性,电化学活性面积仅下降了 18.3%t,而氧还原曲线的半波电位仅损失 10mV。