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低温燃料电池以其清洁环保、高效安全、便携可移动、运行条件温和等优点,被誉为最具大规模产业化前景的一类燃料电池。电催化剂是低温燃料电池中最为重要的关键材料之一,目前常用的基于铂的贵金属催化剂存在成本高昂、以及铂资源有限等问题,已经成为制约燃料电池技术发展和商业化进程的重要因素。因此,研究开发非铂或低铂催化剂已成为燃料电池领域十分重要的研究课题。目前制备燃料电池催化剂主要使用的方法有多元醇有机溶胶法和硼氢化钠还原法。有机溶胶法制备的催化剂具有小的粒子尺寸和良好的分散性,但制备过程中需要使用大量的有机溶剂,对环境造成极大的压力;而且反应时间较长,能源消耗很大。硼氢化钠还原法反应迅速,但该法制备的催化剂普遍粒径较大,电化学活性相对较低。相比前两种制备方法,微波辅助法具有反应迅速、作用直接、加热时间短、节能环保等优点,有利于制备小粒径高分散的贵金属燃料电池催化剂。基于以上事实和考虑,本论文采用微波辅助的有机溶胶法这一改进的制备技术,合成了一系列各种组成和结构的Pd基非Pt低Pt燃料电池催化剂,研究了各种制备条件对催化剂结构和性能的影响,采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对催化剂进行表征,使用循环伏安法、线性扫描法、计时电流法等电化学方法评价了催化剂对氧还原反应或甲酸、甲醇氧化的活性。本文还在微型燃料电池测试系统中对催化剂进行了单电池性能考察。1、采用微波辅助的有机溶胶法,以乙二醇为溶剂和还原剂、柠檬酸钠为络合剂制备Pd/C催化剂。考察各种制备条件对催化剂结构和性能的影响,探索其最佳制备条件并进行优化。微波制备Pd/C催化剂的最佳条件为:400 W、60 s,溶剂乙二醇使用量5 ml。与酒石酸钠、EDTA等络合剂比较,柠檬酸钠对Pd离子具有最佳的络合效果,有效地控制了Pd纳米粒子的粒径大小及其分布,柠檬酸钠对Pd前躯体的最佳摩尔比为2.5:1。研究还发现在乙二醇溶剂中加入少量己烷能够使Pd/C催化剂的粒径更小,分散性更好,具有更佳的氧还原电催化性能。采用CNTs做载体制备的Pd/C催化剂比使用炭黑Vulcan XC-72做载体的催化剂具有更大的电化学活性表面积和更高的氧还原电催化活性。2、以乙二醇作为反应溶剂和还原剂,甲酸钠为助还原剂,柠檬酸钠为配体制备了Pd与铁系金属合金催化剂Pd-M/C（M=Co、Ni、Fe）。研究了一系列不同组成的Pd-Co/C催化剂中,发现Pd2Co/C催化剂具有最佳的氧还原电催化活性,其活性组分粒径大小约为3.5 nm。于是我们以Pd2M/C（M=Co、Ni、Fe）为研究对象,讨论了铁系金属的添加对Pd基催化剂氧还原电催化性能的影响。发现铁系元素的加入都使Pd催化剂的粒径得到了减小,其中Pd-Ni/C合金催化剂的颗粒度最小,氧还原电催化活性最佳。三种合金催化剂和Pd/C催化剂的ORR催化剂活性顺序为:Pd2Ni/C>Pd2Co/C>Pd2Fe/C>Pd/C。3、Ru具有粒径小、分散好等特点,且Ru作为阳极助催化剂时具有良好的去除CO中间体的能力。为考察Ru的添加对Pd催化剂甲酸氧化电催化性能的影响,我们制备了Pd3Ru/C催化剂。微波制备的Pd3Ru/C催化剂其粒径只有3.0 nm左右,分散性也较Pd/C得到改善。与同条件制备的Pd/C催化剂相比,Pd3Ru/C催化剂电极上发生的甲酸氧化的主要峰电位负移了大约100 mV,峰电流密度增大了2/3左右。Pd3Ru/C催化剂的甲酸电氧化活性较Pd/C得到明显提高,少量Ru的加入在一定程度上抑制了催化剂的中间产物中毒,原因可能是Pd、Ru两种元素协同作用的结果。4、在Pd中添加少量Pt,采用微波辅助的有机溶胶法制备了Pd9Pt/C催化剂。研究发现,少量Pt的加入显著提高了Pd对甲酸的电氧化活性。在甲酸硫酸溶液的循环伏安测试中,与同条件制备的Pd/C催化剂相比,Pd9Pt/C催化剂电极上发生甲酸氧化的主要峰电位负移了大约150 mV,其峰电流密度增大了3倍多。进行计时电流曲线测试时,Pd9Pt/C催化剂的电化学表现比Pd/C稳定得多,在1000 s时的稳定电流为0.12 mA cm-2,这表明Pd9Pt/C对甲酸氧化具有比Pd/C更好的催化性能和稳定性。本文还研究了金属负载量对甲酸氧化电催化活性的影响,发现40 wt.%的Pd9Pt/C催化剂具有最大的单位面积电流密度,但考虑到贵金属的使用量和利用率,20 wt.%催化剂的质量比活性是最高的。5、采用微波反应法成功合成了高性能核壳结构催化剂Pd@Pt/C,使用XRD、TEM等技术对其组成、结构做了表征,并通过循环伏安法、线性扫描等考察了其电化学性能。XRD、TEM显示该催化剂在载体表面均匀分布,粒径分布窄,其中Pd核大小约为4.4 nm,Pt在Pd上的厚度约为34个原子层（0.60.8 nm）。循环伏安测试进一步证实了XRD和TEM的测试结果,与Pd/C和Pt/C相比,虽然Pd@Pt/C催化剂活性组分的颗粒度较大,但是其特殊结构使其具有更大的比表面积。电化学测试结果和单电池测试结果表明,Pd@Pt/C催化剂不论是对甲醇氧化还是对氧还原都具有非常高的电催化活性,而且还具有非常好的电池性能,在低温燃料电池中应用前景十分广阔。