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直接甲醇燃料电池（DMFCs）具有能量密度高,可移动性强以及启动快速等优势得到广泛关注。然而,其商业化进程受到核心催化剂高成本与低寿命的限制。针对PtRu阳极催化剂活性与稳定性不足的问题,本论文主要从钛氧化物复合载体的界面功能化改性与特殊结构合成等方面展开系统研究。采用后掺杂改性方法在弱碱性还原水热条件下,对商业二氧化钛纳米粒子（TNPs）进行界面功能化改性,得到具有Mo掺杂功能化的界面以及锐钛矿晶态内核的特殊结构的MoxTi1-xO2纳米粒子（IF-MTNPs）载体。并与XC-72炭黑混合作为复合载体制备得到PtRu/IF-MTNPs-C催化剂。由于Mo功能化界面与PtRu之间增强的电子相互作用与改性氧化物载体特殊的核壳结构,其催化活性提高至0.71 A·mg-1Pt,是未界面功能化的商业TNPs-C复合载体担载的PtRu催化剂（PtRu/p-TNPs-C）的3.4倍,同时经过1000圈循环伏安老化测试后其稳定性也同步提高了9.3%;为了进一步提高改性催化剂的性能,通过一步水热法由钛酸四丁酯作为前驱体同步改性与合成,得到Mo界面掺杂功能化的超细二氧化钛纳米晶（iMTNCs）载体。与XC-72炭黑混合作为复合载体担载PtRu所得到催化剂（PtRu/iMTNCs-C）的活性在保持稳定性不变的情况下,较上述PtRu/IF-MTNPs-C催化剂活性进一步提高了25.4%。活性的进一步提升归因于超细晶粒结构带来的更多可改性界面以及同步改性方法所增加的界面Mo掺杂量。进而提升改性载体的点输运性能及对贵金属的推电子效应,使其电子结构发生变化,d带中心下移,在催化甲醇氧化过程中,提升对含碳中间产物(COads)的抗毒化能力。为了进一步提高PtRu催化剂性能,改善复合载体材料中的不稳定的炭黑组分与界面功能化钛氧化物之间的结合方式以提升复合载体催化剂的稳定性。采用二氧化钛纳米管（TNTs）为改性底物,在水热改性的基础上,同步实现对TNTs的Mo界面掺杂功能化改性与葡萄糖原位碳化包覆。通过800 o C退火处理得到具有较高石墨化程度的核壳结构界面功能化锐钛矿/金红石混合晶相结构C@Mox Ti1-x-x O2纳米管（C@IF-MTNTs）复合载体并制备PtRu催化剂。经电化学测试,所得到的PtRu/C@IF-MTNTs催化剂的质量活性为1.05 A·mg-1Pt,是未进行Mo界面功能化的核壳结构复合载体催化剂（PtRu/C@TNTs）活性的2倍,是商业PtRu/C催化剂的1.7倍,同时稳定性提高了20%。催化剂性能的提高归因于特殊的一维多层壳核壳结构、Mo掺杂功能化的界面、更高石墨化程度的碳壳层与混合晶相结构的改性氧化物核心;通过一步法水热合成方法,由钛酸四丁酯/葡萄糖为前驱体直接合成具有核壳结构的碳包覆界面功能化超MoxTi1-x-x O2纳米晶复合载体（C@MTNCs-FI）。担载PtRu所制备的PtRu/C@MTNCs-FI催化剂的活性是未改性核壳结构纳米晶载体催化剂PtRu/C@TNCs的2.68倍,是商业PtRu/C催化剂的1.68倍,同时活性提高24%。催化剂性能的提升归因于在Mo掺杂界面功能化与原位碳包覆扰动下合成的具有超细晶粒结构的TNCs所提供的更多可改性界面、功能化界面内更高的Mo含量与改性载体提高的电输运性能与增强的载体与PtRu之间的电子相互作用。以天然聚合物壳聚糖为含氮前驱体,水热法合成的TiO2纳米线（TNWs）为改性底物,在界面功能化改性的基础上,结合水热原位预碳化包覆与高温退火处理,制备杂氮碳包覆的界面功能化核壳结构一维纳米线载体（NC@MTNWs-FI）并担载PtRu制备催化剂。由于Mo功能化氧化物界面与杂氮碳壳层对担载PtRu推电子作用的协同效应,PtRu/NC@MTNWs-FI的甲醇电氧化催化质量活性提升至1.23 A·mg-1Pt,是未经过Mo改性载体催化剂（PtRu/NC@TNWs）的2倍以上且稳定性提升15.9%,是PtRu/C催化剂的2.24倍,同时活性提高23.2%;采用原位聚合方法以界面功能化的TNWs为底物,分别制备了聚苯胺与聚吡咯衍生的NC@MTNWs载体。研究表明活性最高的壳聚糖衍生的催化剂吡啶型N含量最高;而聚苯胺衍生的催化剂具有最高的归一化稳定性,相对于壳聚糖衍生的催化剂提升5.8%。通过DFT计算方法,研究了Pt/TiO2通过（001）晶面对接构成的平板吸附模型的两种吸附态（顶端吸附态与面心立方吸附态）。其中顶端吸附态的吸附能是面心立方吸附态的10倍以上,且具有更小的平衡吸附距离与对Pt层的电荷供给;顶端吸附态下,改性Pt/Ti0.75Mo0.25O2吸附态的吸附能是未改性Pt/TiO2吸附态的500倍,且改性吸附体系具有更小的平衡吸附距离与更大的界面结构弛豫;界面电子结构分析表明,改性载体顶端吸附体系中Pt层的d带中心较Pt/TiO2顶端吸附态的位置进一步下移,并在Mo作用下相邻的界面Ti原子呈现明显出的Pt-Ti成键趋势。