氧还原反应（ORR）是燃料电池的重要组成部分，但是其缓慢的动力学过程严重阻碍了燃料电池大规模商业化的发展进程。目前，铂（Pt）基纳米材料被认为是提高氧还原性能最有效的催化剂。然而，Pt基纳米材料存在一系列的缺点，如Pt储量有限，成本高昂，稳定性和甲醇耐受性差等。因此，开发低成本、高活性的ORR催化剂具有重要的研究意义。纳米簇（NCs）尺寸小，比表面积大，具有独特的原子几何结构和分立的电子能级，表现出新颖的物理化学性质，在催化领域具有较大的应用前景。相比于大粒径的Pt颗粒，单位质量的Pt NCs能提供更多的活性位点，同时NCs表面的低配位原子有助于氧气在催化剂表面上的吸附和活化，提高催化性能。因此，本论文以Pt及其合金NCs为研究对象，研究了Pt及其合金纳米簇的合成途径、原子组成、晶体结构以及不同载体对其ORR活性、稳定性和选择性的影响，具体研究内容如下：1. 采用自上而下的合成方法，通过将块状Pt与熔融锂形成合金，然后加水除去锂，得到粒径均一的Pt NCs（2.2 nm），将其均匀分散在碳纳米管上（CNTs），得到了Pt负载量10 wt%的Pt NCs/CNTs。因Pt NCs较小的尺寸，在ORR过程中可以提供更多活性位点，因此与商业铂碳相比，Pt NCs/CNTs具有更高的电化学活性面积，表现出了更优的ORR性能，其质量比活性和面积比活性分别是商业铂碳（Pt负载量20 wt%）的3.2倍和2.5倍。同时Pt NCs与CNTs之间的强的作用力使该催化剂具有良好的稳定性，经20000 s的计时电流测试后，电流仅衰减10%，而商业Pt/C电流衰减69%。2. 通过乙二醇还原法制备出粒径为1.4 nm 的Pt NCs，ESI-MS结果表明该NCs主要由Pt17、Pt19、Pt22和Pt26组成。利用有序介孔碳（OMC）与Pt NCs之间的静电作用，将Pt NCs组装到OMC上，得到Pt负载量10 wt%的Pt NCs/OMC。该催化剂表现出良好的ORR性能，主要经历四电子途径生成水，其质量比活性和面积比活性分别是商业铂碳（Pt负载量20 wt%）的3.8倍和2.7倍。究其原因，一是Pt NCs具有更小的尺寸，在ORR过程中可以提供更多活性位点，二是由于OMC的有序孔结构有利于O2的扩散和产物水的排出。同时该催化剂具有良好的稳定性和抗甲醇性能。3. 利用一步还原法制备了OMC负载的不同Pt/Pd比例的Pt4Pd1 NCs/OMC、Pt3Pd1 NCs/OMC、Pt1Pd1 NCs/OMC和Pt1Pd3 NCs/OMC，合金理论负载量均为10 wt%。理论计算表明Pd的引入使Pt的d能级中心位置降低从而导致表层Pt原子对O及OH的吸附能降低，进而促进了这些反应位点上氧还原生成水，OMC的有序孔结构有利于O2的扩散和产物水的排出。因此，该系列催化剂具有良好的ORR性能。其中，以Pt3Pd1/OMC性能最优，主要经历四电子途径生成水，其质量比活性和面积比活性分别是商业铂碳（Pt负载量20 wt%）的4.1倍和2.5倍。同时，Pt3Pd1 NCs与OMC之间的强的作用力使该催化剂具有良好的稳定性，对甲醇氧化呈非活性的Pd的引入，极大提高了催化剂的抗甲醇性能。4. 采用低温浸渍还原法成功制备了XC-72 C负载的Pt基合金纳米簇Pt0.7M0.3 NCs/C （M=Fe, Co, Ni） （PtM负载量10 wt%）。Fe, Co, Ni具有未饱和的d电子轨道，与Pt形成合金后，可以增加Pt的d电子轨道空缺率，加快O-O键的断裂，同时使Pt的晶格被压缩，较小的Pt-Pt原子间距更有利于ORR的进行。因此该系列催化剂表现出突出的ORR性能，其中Pt0.7Ni0.3 NCs/C性能最优。进一步通过前驱体含量的调控对Pt/Ni比例进行了优化，得到性能更优的Pt0.8Ni0.2 NCs/C。经过5000圈的耐久性实验之后，质量比活性和面积比活性损失分别为10.4 %和9.1 %，而商业化的Pt/C损失量为28.1%和25.4%。另外，Ni原子的引入导致催化剂表面3个相邻的Pt的数目减少，使得催化剂具有优异的抗甲醇性能。