二氧化碳排放带来了巨大环境和生态压力,实现二氧化碳排放达到峰值并最终实现碳中和已成为国家战略目标。氢能作为最清洁的可再生能源,因其燃烧热值大（与化石燃料相比）、对环境无污染等优点,在新能源技术的开发中受到了广泛关注。早在上世纪七十年代,Nafion膜的发明极大地促进了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的发展。但是,PEMFC阴极的氧气还原反应（ORR）在很大程度上依赖于使用大量价格昂贵的铂基催化剂来加速缓慢的动力学过程。因此,过高的制造成本严重阻碍了 PEMFC的商业化进程。研究人员发现,将PEMFC的电解质从酸性转变为碱性（即阴离子交换膜燃料电池（AEMFC））能容许使用非贵金属元素（如3d金属Co,Ni,Mn等）来设计催化剂。近年来,一些非贵金属催化剂（如Mn-Co尖晶石结构材料）在碱性介质中的ORR活性接近甚至超过铂基催化剂。然而,在碱性介质中,AEMFC阳极的氢气氧化反应（HOR）动力学速率比酸性介质中降低了两个数量级,使得其阳极需要更高的铂金属载量（0.4 mgpt cm-2vs.0.03 mgpt cm-2）来达到相近的输出功率。因此,研发在碱性介质中具有高活性和稳定性的非贵金属HOR催化剂是实现AEMFC产业化的关键。本论文旨在设计以镍基合金为基础的非贵金属材料作为碱性介质中的HOR催化剂。基于理论指导,我们发展了一系列三元镍基合金纳米材料的合成方法,并对其电催化性能进行了多种调控,实现了高效稳定地催化碱性氢氧化反应。本论文取得的主要成果如下:1.研制了一种三元Ni5.2WCu2.2合金催化剂,其利用三维泡沫铜骨架作为基底,首先通过阳极氧化形成Cu（OH）2纳米线阵列模板,依次经过在镍和钨的盐溶液中水热、干燥后煅烧前驱体还原得到。该方法简单易行,并可放大制备得到较大面积的Ni5.2WCu2.2合金AEMFC阳极。这种催化剂能在碱性介质中高效催化HOR进行,其交换电流密度j0是Pt/C的4.31倍。值得提出的是,这种三元合金结构具有高达0.3 V（相对于可逆氢电极）的抗氧化电位并能在该过电势下保持高活性长达20 h,超过了之前报道的其它类型HOR电催化剂。除此之外,该合金催化剂还表现出优越的抗CO毒化能力,在20,000 ppm的CO/H2气氛中能保持较高活性。实验表征与理论计算结合表明:合金化后,Ni向W转移电子,其表面电子发生重构,Ni的d带中心向远离费米能级的方向偏移,使其拥有更强的羟基结合能;Ni5.2WCu2.2在费米能级处的态密度最低,表明其拥有最优的氢结合能。Ni、W、Cu三种金属协同调控合金表面电子结构,从而给与该催化剂高活性以及耐氧化性。这种合金策略为高稳定的催化剂结构设计提供了一种新的思路。2.发展了一种以MoNi4合金为基础的三元NiMoCr粉末催化剂合成方法。该方法基于课题组研制的微波合成法结合煅烧前驱体还原,可快速大批量地实现克级的规模化制备。该催化剂拥有与MoNi4合金相似的晶体结构,但第三种过渡金属元素的引入带来了更优的活性。这种合成方法简单易行,为后续膜电极的制备以及AEMFC的测试奠定了良好的基础。