燃料电池不仅来源广而且对环境非常友好,另外其能量转换效率也很高,这些优点使得其成为了替代传统石化燃料的新型能源,燃料电池得到目前世界各国的广泛关注。质子交换膜燃料电池作为寿命最长、温度最低、应用最广泛的第五代燃料电池正在迅速进入商业发展前夕。但是阴极催化剂中的Pt载量过高是目前现存的所有燃料电池都存在一个的发展瓶颈。现阶段国内外的研究学者们主要从两方面对Pt催化剂进行改善。一方面是使Pt基催化剂的粒径缩小,通过提高金属分散度从而增加金属比表面积;另一方面是使用多种物理、化学方法,其中可以使Pt催化剂合金化,即向其添加别的金属元素,另外还可以把Pt元素分散到其它的金属合金、导电氧化物、核壳结构或者过渡金属中。在本文中,我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了 Pt3M合金体系的物理特性和Pt-skin/Pt3M(111)表面的氧还原机制。一、计算了 Pt3M合金体系的物理特性。在计算过程中,为了确保计算过程结果的准确性,对模型结构进行了收敛测试和几何优化;然后我们利用第一性原理计算方法讨论了 Pt3M合金体系的结构稳定性、弹性特性和电子结构特性,其中M元素为碱金属、碱土金属、主族元素和3d、4d过渡金属等共38种元素。二、计算了 Pt-skin/Pt3M(111)表面的氧还原机制。计算采用的表面模型为(1×1)表面超胞,其中有4层原子的slab,真空层为11A,我们将表面的一个Pt原子与次表面的一个M原子进行了交换,使得表面和次表面分别含有100%和50%的Pt元素。首先我们研究了 02在表面结构的吸附和解离特性,然后研究了表面结构的氧还原反应的中间产物和反应路径。