氢能作为21世纪清洁能源,其最佳利用方式是通过燃料电池将氢能转化为电能。然而,燃料电池的大规模商业化应用仍然面临诸多挑战。其中,质子交换膜燃料电池对氢气纯度的要求很高,微量的杂质（如CO、H2S）就会导致阳极催化剂严重中毒甚至失活,因此解决燃料电池阳极氢氧化（HOR）催化剂的抗毒化性能是一个困扰了研究者数十年的难题。提高阳极催化剂的CO耐受性,传统策略是调控催化剂的组成（如形成PtRu合金）、原子排列结构和电子结构来提高催化剂对CO的氧化能力或削弱CO吸附强度。然而,燃料电池阳极工作的电位低,CO在Pt表面的吸附能力极强,因此,这些策略无法从根本上解决催化剂的毒化问题。另一方面,寻求和开发高效的电解水制氢催化剂能够从源头上解决燃料电池阳极抗毒化的问题。然而,相比于稀缺的Pt催化剂,现有非Pt析氢（HER）催化剂仍然存在过电势大以及稳定性差的问题,因此发展HER催化剂设计新思路具有重要意义。在本论文中,我们基于金属-氧化物界面发展催化剂设计新思路,一方面通过构筑CO难以吸附的金属-氧化物界面来提高阳极催化剂的CO耐受性;另一方面通过改变氧化物载体的给电子性质,调控金属-氧化物界面的电子性质,促进HER催化剂的反应活性和稳定性。取得如下研究成果:（1）采用电化学氧化和化学氧化两种方法处理商业Ru黑催化剂,构建Ru-RuO2界面的模型催化剂Ru@RuO2,其在HOR过程中具有高CO抗毒化能力:在含5%CO的H2中于0.1V（RHE）测试2h后,仍保留40-50%的HOR活性。XPS和ATR-IR表征表明高抗CO毒化性能与界面水密切相关,推测是RuO2促进界面水吸附,从而阻止CO的吸附,提高抗CO毒化性能。（2）通过化学氧化处理商业PtRu/C催化剂,利用Ru表面偏析,构筑PtRu-RuO2界面。在不太影响PtRu/C催化剂高HOR活性的前提下,显著提高了催化剂对CO耐受性:在含1000ppm CO的H2中与0.1 V（RHE）恒电位测试20小时后,仍保留85%的HOR活性。PtRu@RuO2催化剂对CO的氧化能力反而弱于PtRu/C,表明抗CO毒化性能的提高不是通过促进CO氧化的传统双功能机制,而是与Ru@RuO2类似,也与强吸附的界面水有关。（3）采用强还原性的Ti2O3为载体,利用其给电子特性,调控钌-钛氧化物界面上的电子从钛氧化物转移至Ru上,原位合成Ru上富电子的Ru/r-TiO2催化剂。该催化剂表现出优异于商业Pt/C催化剂的碱性HER性能:电流密度为10 mA cm-2的过电位仅为15 mV,过电位为100 mV时的TOF值为8.74 s-1。发现表面Ru电子密度与碱性HER活性呈正相关性。DFT理论计算表明:与纯Ru相比,富电子的Ru/r-TiO2催化剂有利于水解离动力学;与负载在本征TiO2的Ru相比,中间体OH*吸附能较低,更有利于其脱附,因此表现出高HER活性。该研究发展了一种调控金属-氧化物界面电子性质研制高HER催化剂的新策略。（4）发展了一种以香豆素为荧光探针分子检测Fe/N/C氧还原过程中·OH自由基的方法。发现Fe/N/C氧还原过程中产生·OH自由基,且生成量随电位降低呈现先增加后减小的变化趋势,而在相同的电位区间,H2O2的生成量呈单调递增趋势。显著不同的电位依赖性表明Fe/N/C氧还原过程中生成的·OH自由基不是直接来自H2O2分解,这颠覆了·OH自由基通过H2O2芬顿反应而生成的传统观点。该研究结果为Fe/N/C催化剂氧还原机理和稳定性的研究提供了一种新思路。