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由于甲醇和甲酸具有来源丰富，价格低廉，携带和储存方便等优点，所以以甲醇和甲酸为燃料的直接甲醇和甲酸燃料电池(DMFCs&DFAFCs)是一种非常有前途的便携式电源和交通工具用电源。目前影响DMFC商业化的最重要的因素是催化剂和膜问题，例如阳极催化剂活性不够，阴极催化剂不耐甲醇，膜透过率高，催化剂和膜价格都很昂贵。尽管Pd催化剂对甲酸电氧化的活性很高，但是仍然满足不了DFAFC商业化的需求。这些都要求一方面进一步探索对甲醇和甲酸电催化氧化的机理，另一方面开发新的DMFC和DFAFC催化剂。
本论文首先采用电化学阻抗谱技术对甲醇和甲酸在不同电极上的电氧化过程和机理进行了新的探索。在对机理理解的基础上，我们开发了高活性、高稳定性、廉价的DFAFC新型阳极催化剂，并推测了甲酸在这些新型催化剂上电催化氧化机理；添加过渡金属氧化物制备了高活性、高耐甲醇性的DMFC阴极催化剂，并探索了它的促进机理。具体结果如下：
1.电化学阻抗谱在甲醇和甲酸电氧化过程中的应用研究
(1)甲醇在光滑多晶Pt电极和Pt/CNT电极上的阻抗研究分别研究了甲醇在光滑多晶Pt和Pt/CNT电极上的阻抗行为。在两种电极上，发现甲醇电氧化的阻抗谱随电位的增加均出现四种行为：电容行为、电阻行为、电感行为和钝化行为。在甲醇电氧化过程中，主要存在两个弛豫过程和时间常数，分别对应高频时电双层电容的充放电过程和低频时由于强吸附中间产物COad引起的弛豫过程。结果证明，电化学阻抗谱可以用来研究电化学反应过程以及过程中的动力学，从而促进对甲醇电氧化机理的深层次的理解。
(2)甲酸在四磺酸基酞菁铁(FeTSPc)修饰的Pt电极上的阻抗研究研究了甲酸在FeTSPc修饰的Pt电极上的电氧化行为，发现几乎没有强吸附中间产物如COad的存在，甲酸电氧化主要通过直接途径进行。FeTSPc对Pt催化活性的促进主要来源于它的“第三体效应”，也就是它的大环结构产生的位阻作用。甲酸电氧化机理被提议是甲酸的逐步脱氢反应以及甲酸根和羟基组分的反应，其速控步是取决于电位的，在过渡电位0.3 V时从传质过程转换为甲酸根和羟基组分的反应。
(3)甲酸在光滑多晶Pd电极上的阻抗研究
首次报道了甲酸在光滑多晶Pd电极上阻抗行为，发现有三个特征电位区，分别归属于氢离子的还原过程，吸附/吸收氢和甲酸的电氧化过程和羟基组分产生的过程。在甲酸电氧化过程中，发现几乎没有强吸附中间产物如COad存在于Pd上，其过程主要受传质控制，并得到相应特征电位区中的电化学过程的动力学信息。结果进一步证实了甲酸在光滑多晶Pd电极上的电氧化主要通过直接脱氢途径进行。
2.直接甲酸燃料电池阳极催化剂的研究
(1)高活性的Pd-Sn/C纳米催化剂
首次报道了各种PdSn原子比的Pd-Sn/C催化剂，发现Pd-Sn/C催化剂对甲酸电氧化显示了优秀的电催化活性和稳定性。进一步发现粒径效应、电化学活性表面积、Sn的双功能机理都不是Pd-Sn/C催化剂的高的催化性能的主要原因。而Sn的电子效应能削弱中间产物尤其是：C(OH)2在催化剂表面的吸附强度，才是高的催化性能的主要原因。
(2)高活性的Pd-WO3/C纳米催化剂
首次报道了各种WO3含量的Pd-WO3/C催化剂，结果发现Pd-WO3/C催化剂对甲酸电氧化的催化活性与其中WO3的含量是成火山型关系，与同样方法制备的Pd/C催化剂比较，发现催化剂在很大WO3含量范围内对甲酸电氧化都显示了优秀的电催化活性和稳定性。除了Pd在WO3/C复合载体上的较小粒径和均匀分布外，WO3高的助催化作用主要来源于氢溢出效应，由WO3引起的这样一个额外途径周而复始，从而大大加速了甲酸在Pd上的直接脱氢途径。
3.高活性耐甲醇氧还原催化剂的制备
首次报道了采用两步法制备的载在WO3/C复合材料上的Pd纳米催化剂。研究发现，Pd-WO3/C催化剂性能尽管与商业Pt/C催化剂有些差距，但是比Pd/C有着明显高的氧还原催化活性。其高的催化性能主要来源于WO3的引入，一导致了催化剂粒径的减小，电化学表面积的增加；二是Pd和复合载体之间强的“金属-载体相互作用”有可能削弱Pd和O之间的结合能力，有效促进了氧还原的四电子途径；三是氢钨青铜的形成大大增加了载体的电子传导率，从而增加了Pd活性中心的利用率，同时增加了载体的质子传导率，促进了氧还原过程中的质子转移。