随着全球环境污染与能源危机等问题的日益严峻,开发绿色、安全、高效的能源存储与转换技术迫在眉睫。质子交换膜燃料电池（PEMFCs）集比功率高、清洁无污染、低温快速启动等优势于一体,具有广阔的应用前景。铂基催化剂作为目前商业PEMFCs的核心催化材料,仍面临着Pt资源短缺、价格昂贵且稳定性欠佳等问题。因此,研发Pt载量低,兼具本征性能高的氧还原（ORR）催化剂一直是研究的热点。目前,大量的研究主要通过各种效应调节Pt的d能带中心,优化含氧物种的吸/脱附自由能并提高ORR速率。在实际合成催化剂的过程中往往会伴随着晶体结构、尺寸和形貌的不断变化,理解并协调电子领域和微观结构之间的相互作用机制将有助于指导合成高性能的ORR催化剂。本论文以PtNi基氧还原催化剂为研究对象,分别采用表面修饰、应变调控和阴离子掺杂等策略,制备出WOx-PtNi NWs、CS-PtxNiyWz-NR、CS-PtxNiyWz-NF、CS-PtxNiyWz-NP、N,P-PtNi W NP等纳米材料,并借助各种表征手段研究其界面与内部应变-电子与微观结构-活性与稳定性之间的关系及规律。主要研究内容及结论如下:（1）通过引入具有不饱和配位的WOx对PtNi合金纳米线进行表面修饰。一方面,WOx与Pt之间的溢流效应和协同作用可有效调控氧还原反应中间体在Pt表面的吸/脱附自由能,提高反应速率;另一方面,WOx可与表面的Pt和Ni配位,有效减缓不稳定金属原子在反应过程中的迁移/团聚,提升催化剂的稳定性。研究发现催化剂的活性与WOx的含量呈火山状趋势,WOx-（0.25）-PtNi NWs/C的质量活性（MA）最高,可达0.85 A mgPt-1,是TKK Pt/C的6倍。经30k圈加速耐久性测试（ADTs）后,其活性仅衰减23.89%。进一步通过控制W源的投料比改变Pt所暴露的晶面,可实现对PtNi合金纳米线催化剂的ORR性能调控。（2）通过晶格失配、应变诱导合成具有核壳结构的PtxNiyWz三元合金纳米棒（NR）、纳米花（NF）和纳米颗粒（NP）,实现在微观上对催化剂的形貌及内外壳层间应变效应的调控。所制备的CS-PtxNiyWz-NR、NF和NP对ORR活性与稳定性表现出不同的规律,CS-PtxNiyWz-NP的MA最高,达1.32 A mgPt-1。CS-PtxNiyWz-NF的稳定性最好,在30k圈ADTs后MA损失25.35%。该工作揭示了催化剂的电子结构、微观结构与ORR性能之间的关系。（3）在煅烧过程中引入杂原子,使其同时与金属、载体协同,可减缓非原位生长催化剂在催化过程中的溶解/脱落,大幅提升催化性能。其中,N掺杂产生的应变效应可调控Pt的d能带中心,提高ORR活性。N-PtNi W的MA高达2.38 A mgPt-1,是商业Pt/C的17倍。P掺杂直接与Pt、Ni化合形成Pt P2和Ni P2,可提升催化剂的稳定性。P-PtNi W在50k圈ADTs后仍可保持70%的活性。结合N、P掺杂的优缺点,适度控制二者的掺入量,可平衡催化剂的ORR活性和稳定性。