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近年来,人口激增与社会快速发展加重了现有化石能源对人类社会的供应负担。而伴随产生的全球变暖与环境污染更加促使了人类对改变现有能源结构的急切企盼。氢是一种洁净的二次能源兼载体。通过燃料电池,氢可以实现众多可再生能源与化石能源轻质化的完美桥联。质子交换膜燃料电池（PEMFCs）尽管转换效率高、能量密度大、环境友好且能低温保持性能,其阴极所用昂贵的铂金催化剂严重阻碍了其大规模商业化发展。绿氢经济刻不容缓,开发高性能且低成本的PEMFC阴极催化剂势在必行。本论文基于金属间化合物的合成理论知识、铂基合金催化氧还原反应基本机理、金属间化合物在氧还原反应中的特色应用理论等基础知识,逐步设计并合成了4种在酸性燃料电池工况下具有优异氧还原性能的催化剂。本着以合成小粒径的金属间化合物为目的,进行了如下探索:1.基于Pt-Fe金属间化合物的结构易于得到,Pt Ni（111）晶面拥有超高比活性的特点,设计并合成了三元Pt-Fe-Ni/C催化剂。以金属间化合物为稳定性保障,Ni的引入为活性保障来同时达到提高催化剂活性与稳定性的目的。加之引入高比例的Ni与Fe元素,进一步降低了Pt-Fe-Ni/C催化剂的成本。运用微波辅助多元醇法合成了不同Fe、Ni比例的Pt-Fe-Ni/C催化剂,接着通过不同温度的有序条件探索,优化了Pt-Fe-Ni体系下三元有序结构的合成温度。最终通过电化学测试筛选出活性最高的催化剂为Pt2Fe3Ni3/C-675,其质量活性达到0.73A/mg Pt,约为市售铂碳催化剂活性的7倍。均匀分散的纳米颗粒（5nm）和面心四方有序相提高了Pt-Fe-Ni/C催化剂的活性和稳定性。此外,Pt元素的表面偏析作用提高了高比例条件下Pt-Fe-Ni/C催化剂中Pt的利用率,这也是其质量活性较高的原因之一。2.限于在燃料电池实际工况下Fe元素的溶出与氧还原中间产物H2O2形成的Fenton试剂对质子交换膜造成破坏的隐患,设计并合成了碳载Pt-Ni金属间化合物。首次从实验角度证明了在850℃程序降温至400℃的退火条件可以有效合成Pt-Ni金属间化合物。X射线衍射（XRD）与高倍透射电镜（HRTEM）表征结果表明,两种比例条件下的Pt-Ni/C催化剂具有金属间化合物结构,分别为Pt Ni/C与Pt Ni2/C。由于金属间化合物结构的存在,两种催化剂的电化学性能表现同样不俗,活性与稳定性均达到2020年美国能源部的半电池标准。其中,Pt Ni2/C相对Pt Ni/C活性较好,这归功于Pt Ni2/C中面心四方结构的晶格失配而产生的应力效应以及次外层含量相对较多的Ni原子对Pt的配位效应协同降低了催化剂表面d-band中心,进一步优化了催化剂的氧吸附能。3.鉴于上述Pt-Ni金属间化合物粒径较大（7-8 nm）,其活性可以得到进一步优化,设计并合成了Au元素修饰的超小粒径Au-doped Pt-Ni/C催化剂。首次采用聚乙烯醇（PVA）与氧化处理后的科琴碳载体结合的浸渍还原法成功制备出平均粒径为2.8 nm的Pt-Ni/C催化剂。PVA的引入主要有如下三个作用:Ⅰ.粒径控制,PVA与活性碳载体中含氧官能团的氢键作用保障了小纳米颗粒的成功合成;Ⅱ.增稠作用,加强前驱体在载体上的分散,保证载体在浸渍过程中不沉淀;Ⅲ.保护作用,高温还原过程中与载体协同保护Pt-Ni纳米颗粒不团聚。表面伽瓦尼置换得到的Au-doped Pt-Ni/C催化剂的质量活性在30000圈耐久性循环后仍能保持0.6 A/mgPt,活性仅下降了14%。4.由于热力学与动力学因素限制,超小粒径的Pt-Ni金属间化合物合成较为困难。因此设计合成了小粒径的Pt-Co/C金属间化合物。通过PVA改进的浸渍还原法,Pt-Co纳米颗粒在较高的有序化温度下仍能保持2-3 nm。通过脱合金作用与后续的低温加热过程,Pt-Co/C金属间化合物形成了以致密的Pt为壳,有序Pt-Co为核的核壳结构。独特的局部原子排布赋予了Pt-Co/C催化剂优异的活性与稳定性。其中O-Pt Co/C的活性优于O-Pt3Co/C,这是由于面心四方结构相对面心立方结构不寻常的双轴应力导致,而O-Pt3Co/C的稳定性大于O-Pt Co/C,则是由于O-Pt3Co/C催化剂中Co原子有更多的Pt原子的配位作用。