质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）作为一种清洁又高效的能源转换装置,是传统内燃机的理想替代者。以PEMFC为动力的氢氧燃料电池汽车以其无污染、高功率、加气速度快等优点被认为是全球汽车产业转型发展的主要方向。燃料电池汽车在实际应用中采用空气代替纯氧气作为阴极燃料,空气中的杂质气体SO2会强吸附在PEMFC阴极的氧还原Pt基催化剂的表面,毒化Pt表面氧气还原反应（Oxygen reduction reaction,ORR）的活性位点,严重影响PEMFC的性能和运行寿命。因此,提升PEMFC的SO2耐受性对推动燃料电池汽车的大规模商业应用具有重要意义。针对这一问题,本论文从SO2在Pt表面毒化与去毒化的机理着手,开发了有效的去毒化再生方案,制备了高效的抗SO2毒化氧还原催化剂。通过研究SO2在Pt电极表面不同电位下的演化行为以及对Pt/C催化剂ORR催化性能的影响,明确了SO2对Pt/C氧还原催化剂的毒化特点与去毒化的难点。研究发现,含硫物质在Pt上的吸附形式与电位有关,电极电位小于1V,吸附在表面的含硫物质会一直占据Pt表面的ORR活性位点,阻止O2的吸附和还原,从而导致PEMFC性能的衰减;高电位下含硫物质会被氧化为溶于水的SO42-或HSO4-从表面脱附,实现活性位点的再生。但是SO2在Pt表面的氧化再生过程受某种因素的制约,至少要经过8次的高电位循环伏安扫描（0.05-1.5 V）才能将Pt表面的SO2全部除去,多次的高电位循环伏安扫描会导致Pt/C催化剂稳定性的衰减,严重影响PEMFC的运行寿命。通过研究不同电位下Pt表面SO2吸附构型之间的转化机制,提出了SO2在Pt电极表面电氧化去毒化的机理,提出了一种对Pt/C催化剂稳定性影响更小的方波氧化再生方法。研究表明,高电位下平行吸附的SO2不会从Pt表面氧化脱附,在低电位下可转化为容易氧化脱附的顶点和桥式吸附形式,所以需要多次的氧化脉冲才能实现SO2的完全去毒化。三种吸附方式的SO2在Pt表面氧化脱附的能力大小为:顶点式＞桥式＞平行式。0.4 V下Pt表面顶点吸附的SO2最多,基于此提出了一种方波氧化再生方法（0.4 V＿5 s＿1.5 V＿5 s,循环3次）,经过三个电势循环就可以实现完全去毒化。相比于传统的三角波氧化再生策略（0.05-1.5 V,循环8圈）,方波氧化再生策略更高效,对Pt/C催化剂稳定性影响更小。通过研究NO对Pt/C催化剂的毒化影响,以及对SO2毒化行为的影响,提出了一种针对Pt/C催化剂SO2去毒化的吸附置换再生方法。研究发现,吸附在Pt表面的NO在低电位下可以还原为NH4+从表面脱附,0.2 V下恒电位极化5 s（0.2 V＿5 s）实现Pt表面活性位点的完全再生。NO和SO2共存时,混合气体中NO相对含量越大,SO2在Pt表面吸附的越少;当NO的浓度超过SO2浓度的3倍时,SO2毒化行为完全被抑制。NO在与SO2的竞争吸附中更容易占据Pt表面的活性位点,NO的耦合作用削弱了SO2与Pt之间的相互作用,导致Pt表面吸附的SO2可以被NO取代。经过NO取代过程和NO还原过程（0.2 V＿5s）后,Pt表面的SO2可完全去除,Pt/C催化剂可实现完全再生。吸附置换再生方法避免了高电位氧化过程对Pt/C催化剂稳定性的影响。研究了金属Ru对Pt催化剂抗SO2毒化性能的影响,揭示了Ru对Pt Ru合金催化剂抗SO2毒化性能提升的机理,制备了与商业Pt/C氧还原性能相当,可完全抗SO2毒化的ORR催化剂。研究表明,Pt Ru合金中Pt:Ru摩尔比与ORR活性正相关,与SO2耐受性负相关。Ru的电子作用削弱了Pt与SO2之间的相互作用,Ru表面吸附的含氧基团加速了SO2在Pt上的氧化去毒化过程。在相同的SO2毒化条件下,Pt6Ru1/C的SO2耐受性比商业Pt/C提升了30%。Pt表面Ru原子的覆盖度越大,催化剂的SO2耐受性越强,在10 mmol L-1的Ru Cl3溶液中浸渍10 s后的Pt Ni/C八面体合金催化剂（10Ru-Pt Ni/C）具有与商业Pt/C相当的ORR性能,并且可以完全抗SO2毒化。