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质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）作为燃料电池的代表,能够直接将化学能转化为电能,具有能量转换效率高、功率密度高、启动快、无污染等优点,因此,被认为是最具有发展前景的能源装置之一。燃料电池以阳极/电解质/阴极的膜电极为关键的组成部分,其中阴极动力学非常缓慢,需要借助催化剂来提高反应速率。所以,阴极催化剂需要具备高导电性、高催化活性,从而加快动力学迟缓的四电子氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）。目前,贵金属铂（Pt）基催化剂仍然是活性最高的ORR催化剂,但是Pt基催化剂也存在着储量少、价格昂贵、抗中毒能力差等缺点。因此,如何提高Pt基催化剂稳定性并降低Pt的使用量,成为目前Pt基催化剂的研究重点。相比于单金属催化剂,双金属合金催化剂由于更高的催化活性和稳定性得到了科研工作者的广泛关注。虽然传统的合金制备方法已经非常成熟,但是制备工艺较繁琐,需要加入额外的载体来固定合金颗粒。然而合金颗粒与载体之间相互作用较弱,导致合金纳米颗粒容易脱落,影响催化剂的稳定性。此外,传统的制备方法难以精确地控制合金的形成过程,使得合金纳米颗粒的结构不可控,难以制备出性能优异的催化剂。在本论文中,我们提出了一种新的方法来制备合金纳米颗粒。通过以无机纳米粒子为载体,利用聚多巴胺与金属的相互作用,将一种或两种纳米金属粒子固定在无机载体的表面,利用不同温度的烧结,控制两种金属熔合的程度,从而制备出结构不同的双金属合金催化剂,并将其应用于燃料电池氧还原催化中,研究合金结构与性能之间的关系。主要内容包括以下四个部分:第一部分:对PEMFC的氧还原催化剂的研究进展进行综述,介绍了非贵金属和贵金属氧还原催化剂的种类,着重介绍了构建贵金属合金催化剂的方法,然后确定了我们基于贵金属合金催化剂制备ORR催化剂的研究方案。第二部分:纳米尺度原位构建金属合金的方法研究。首先,合成了二氧化硅（SiO2）纳米粒子并以其作为载体,进一步包覆聚多巴胺（PDA）,形成壳层为PDA的纳米粒子;然后引入纳米铂（Pt）、金（Au）颗粒,使之均匀负载在载体表面,形成SiO2@PDA@Pt-Au双金属复合纳米粒子前驱体。在一定的温度下烧结之后,Si O2@PDA@Pt-Au前驱体中的聚多巴胺转化为碳层,纳米金属沉积在碳层的表面。随着烧结温度的升高,两种纳米金属在碳层表面相互迁移并逐渐形成合金。为了优化合金纳米颗粒的结构并提高其ORR性能,我们对烧结温度和保温时间进行了一系列的探索,并对比了负载单金属和双金属催化剂的催化活性,得到了具有优异ORR催化活性和稳定性的合金催化剂。第三部分:Pt/Pd合金的制备及其电化学性能研究。为了验证上一章节所提出合金制备方法的普适性,在本章节中,我们以相同的方法制备了二氧化硅负载的纳米双金属铂和钯（Pd）复合纳米粒子（命名为SiO2@PDA@Pt-Pd）,并通过烧结合成了Pt/Pd合金催化剂。利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）等多种表征证明了Pt/Pd合金结构的形成。对所制备的Pt/Pd催化剂进行ORR性能测试,发现其具有优异的催化性能。第四部分:基于商业炭黑构建高性能氧还原催化剂的研究。由于商业炭黑具有良好的导电性,我们将其作为载体,分别或者同时负载纳米金属铂（Pt）、金（Au）和金属铂（Pt）、钯（Pd）颗粒,并通过烧结熔合制备了C@Pt/Au和C@Pt/Pd双金属合金催化剂。利用HRTEM观测所制备催化剂的形貌,发现了Pt/Au、Pt/Pd合金颗粒已成功负载在炭黑的表面。对所制备催化剂进行ORR性能测试,发现所制备催化剂具有优于商业Pt/C的催化活性和稳定性。