高活性、高稳定及低贵金属含量的催化剂是当前质子膜燃料电池(PEMFCs)的技术瓶颈之一,因而成为电催化领域的一个迫切研究内容.高的催化性能可以通过对催化剂材料的尺寸、组成及形貌等进行优化而实现。这样的优化必须基于对电催化反应机理(如吸附中间体、速控步骤等)以及催化剂材料结构与表面化学性质的关系等的深入理解与认识。否则,催化剂的筛选优化便成为一个耗时、高成本与低效率的工作.本文介绍笔者最近在PEMFC阴极氧还原反应机理、催化剂的纳米尺寸效应及合金化效应等方面开展的理论与实验研究工作.笔者致力于将基于密度泛函理论(DFT)的电子结构计算、基于嵌入原子方法(MEAM)的原子分子模拟以及基于有限元方法的宏观模拟等理论工具与材料合成及电化学技术研究相结合,在深层次上理解PEMFC电催化问题,为低贵金属含量催化剂及催化层的设计提供思路。