燃料电池因具有清洁,高能量密度和可持续工作等特点,近年来备受国内外科研人员和政府关注。在各类燃料电池中,氢氧质子交换膜燃料电池具有常温下启动,高效安全等特点,使其成为燃料电池研究中的主要方向。质子交换膜燃料电池的阴极反应是氧还原反应,高的过电势导致在催化剂的使用上,多以高活性铂基催化剂为主,但是铂基催化剂不仅价格昂贵,而且全球储存量低,导致燃料电池的成本过高,阻碍了其大规模商业化。制备高性能高稳定性的低成本催化剂是一种有效的解决办法。纳米多孔结构金属催化剂具有高比表面积和高孔隙率,相对于碳基颗粒催化剂,多孔薄膜材料在膜电极中应用更有利于传质而且避免了碳腐蚀现象的发生,催化剂活性和稳定性更好。从而达到降低催化剂成本的目的。本论文主要以研究低铂载量纳米多孔薄膜催化剂为主,具体研究方法如下:(1)通过调控纳米多孔金(NPG)衬底的形貌结构来提升Pt镀层的氧还原活性。制备三种不同孔径的纳米多孔金作为基底,在后续的XRD表征中,我们发现不同孔径的NPG具有不同的晶格常数,随着孔径减小,收缩应变的程度越大。通过文献调研,发现铂基催化剂表面晶格常数的收缩应变有利于提高催化剂氧还原活性。通过使用铜欠电位沉积置换的方式,将单原子层铂沉积到NPG上来,外延生长的方式使得铂层延续多孔金的表面晶格收缩结构。收缩程度最大的小孔催化剂展现了最佳的氧还原活性质量活性和面积活性分别达到商业催化剂Pt/C的17倍和5.4倍。且具有高的稳定性,经过10000圈稳定性测试后,质量活性和面积活性仅下降2%。(2)通过调控纳米多孔Pt Ni合金的组成来提高材料的氧还原活性。系统的研究了不同比例的Pt Ni薄膜与氧还原性能之间的关系。使用脱合金法制备出纳米多孔结构,并对腐蚀温度,浓度,时间都进行了优化。发现初始Pt Ni原子比例为1:3,腐蚀十分钟的材料展现了最佳的氧还原活性,半波电位达到0.93 V(vs.RHE)。质量活性和面积活性分别达到商业催化剂Pt/C的15倍和13倍。