由于具有理论能量密度高、电池电压高、工作温度低、安全性高、环境友好等优点,直接硼氢化物燃料电池（DBFC）已经成为一类极具潜力的燃料电池。作为DBFC阳极反应,硼氢根氧化反应（BOR）是决定DBFC性能的关键因素。而BOR的性能主要取决于催化剂。目前,Pt、Pd等贵金属是公认的最优BOR催化剂。然而,这类催化剂价格昂贵和资源稀缺的问题严重地限制了DBFC的发展。研发价廉的非贵金属基催化剂是促进DBFC发展的重要途径。金属镍（Ni）对BOR具有较高的催化活性。但是,与贵金属相比,Ni的催化活性还是比较弱,而且表面容易氧化的特性也大大地降低了稳定性。此外,Ni也催化硼氢根的水解和析氢反应,导致催化剂选择性明显下降,从而降低了DBFC的燃料利用率和性能。因此,为了进一步提高Ni对BOR的催化性能,本文采用电沉积法制备Ni@Ni X催化剂,并对其结构、性能以及催化机理进行了系统研究,具体如下:1)采用电沉积法制备了具有核壳结构的Ni@Ni X催化剂,且呈类爆米花状形貌。Ni@Ni X的核为晶态的Ni,壳则为非晶态Ni P合金或晶态Ni Cu合金。在壳中引入杂原子P或Cu可使Ni的晶格膨胀,导致拉伸晶格应力产生,从而提高Ni的d带中心,增强对反应物的吸附,提升Ni@Ni X的催化性能。2)杂原子的引入量显著影响Ni@Ni X的催化性能。其中,Ni@Ni P-1.2和Ni@Ni Cu-20展现出最优的催化活性、选择性和稳定性。在Ni@Ni P-1.2催化电极上,BOR的氧化电流密度达255 m A cm-2,本征活性达6.3 m A cm-2Cat.,活化能为8.1 k J mol-1,Tafel斜率为149.3 m V dec-1。而在Ni@Ni Cu-20催化电极上,BOR的电流密度达246 m A cm-2,本征活性达6.57 m A cm-2Cat.,活化能为12 k J mol-1,Tafel斜率为163 m V dec-1,燃料利用率达79%。3)当分别以Ni@Ni P和Ni@Ni Cu为阳极时,DBFC的最大功率密度可达分别可达到474和433 m W cm-2,而电池开路电压则为1.92和1.94 V,性能均远优于以商业Pt/C为阳极的DBFC。4)催化反应机理研究证明:拉伸晶格应力可增强Ni@Ni X的催化性能,使BOR的电子转移数增加。所以,在Ni@Ni P-1.2和Ni@Ni Cu-20催化电极上,BOR的最大转移电子数分别为7和5,比Ni催化电极的增大了2～3倍。第一性原理计算表明,拉伸晶格应力提高了Ni的d带中心,加强了反应物在催化剂表面的吸附,从而提升了催化性能。总之,核壳结构和杂原子带来的拉伸晶格应力,显著改善了Ni@Ni X催化剂的活性、选择性和稳定性。本课题的研究工作为设计高效价廉的DBFC阳极催化剂提供了新的思路。