燃料电池作为高效的能源转换装置受到了广泛的关注,其商业化应用是推动氢能源可持续发展的重要一环。阴极氧还原反应（ORR）催化剂作为燃料电池的核心组件,不仅决定了反应动力学和催化效率,还与其制造成本和服役寿命密切相关。因此,开发高效稳定的铂催化剂对燃料电池的推广应用具有重要意义。本论文以设计高效的铂碳集成催化剂为目标。在铂合金和改性碳载体的集成构筑和协同优化中,持续改进并升级了连续碳网络载体,以满足旋转圆盘电极活性评估和膜电极组件物质传输需求。本论文的主要研究内容如下:（1）经过高温热解策略调控了铂合金和石墨碳层,并经过两者整合成功制备了多孔PtCuCo@Co NC集成催化剂。在ORR测试中,该集成催化剂在0.9 V vs.RHE的质量活性达到了1.14 A·mg Pt-1,且在50 000次长循环测试中表现出优越的稳定性,这归因于多位点的协同增强机制和碳包覆层的保护。理论计算表明,Pt Cu Co合金和Co-N-C位点的协同机制降低了二电子产物,提高了ORR催化的整体效率。（2）在上一章研究中,铂碳集成催化剂的协同催化提升了本征活性,但其活性位利用率可以进一步提高。通过引入氮掺杂碳纳米管载体成功构筑了一维Pt Co@CoNC/NCNT集成催化剂,提升了集成催化剂中Pt Co纳米颗粒的分散程度和活性位利用率。在ORR测试中,该催化剂在0.9 V vs.RHE的初始质量活性得到显著改善,为1.33 A·mg Pt-1。在协同催化改善本征活性的基础上,提高的活性位利用率能够进一步增强ORR催化活性。（3）在前两章研究中,铂碳集成催化剂的构筑有效提升了ORR催化性能。为了解决燃料电池催化层中气体扩散和物质输运问题,在Pt Co@CoNC/NTG集成催化剂的制备中进一步引入了多维度的连续石墨碳网络。该集成催化剂在0.9 V vs.RHE电势下质量活性为1.52 A·mg Pt-1,且在30 000次电势循环后质量活性仅衰减1.3%。在燃料电池测试中,Pt Co@Co NC/NTG集成催化剂在0.6 V电压下对应的电流密度为1.50 A·cm-2,最大功率密度达为980 m W·cm-2,表现出增强的催化性能和物质传输效率。物理场模拟揭示了多孔网络通道对气体扩散和物质传输的促进作用,从而改善了ORR催化活性和燃料电池运行效率。（4）基于以上集成电催化剂的研究,旨在进一步开发宏观尺度的集成电极,采用静电纺丝和碳纸原位生长技术一体化制备了大尺寸、自支撑PtCo@CoNC/PAN和PtCo@CoNC/CP集成电极。在扩散电极评估中,Pt Co@Co NC/CP集成电极表现出优异的催化活性和优化的物质传输,其在0.6 V vs.RHE下电流密度可以达到192.2m A·cm-2,且能够稳定循环2 000次,优于商业Pt/C。对Pt Co@Co NC/CP集成电极而言,催化层和气体扩散层的集成构筑大大提升了两者的兼容性,促进了ORR催化活性和氧气扩散传输。