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质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为一种能将化学能直接转换为电能的装置，具有能量效率高、比功率高、绿色环保等优点，近年来获得了人们越来越多的关注。催化剂作为质子交换膜燃料电池中的关键材料，不仅是决定质子交换膜燃料电池性能的主要因素、而且是其高成本的突出体现。目前，Pt、Pd等贵金属仍然是燃料电池催化剂的首选。然而，对于贵金属催化剂而言，由于其储量有限、价格昂贵、稳定性较差以及易被毒化等诸多因素的存在，严重地制约了燃料电池的发展。具有电催化活性的贵金属纳米结构，通常具有独特的表面等离子共振(SPR)特性，而SPR效应通常可以作为一种有效的外部刺激手段促进催化反应的进行。由于兼具催化及光吸收特性，等离子贵金属纳米结构通常被广泛应用在光催化反应中。基于以上认识，若能在提高燃料电池电催化剂的活性及稳定性的基础上将光催化和燃料电池反应有机结合起来，开发以太阳能为驱动力的高效光电催化材料，提高电催化反应的活性以及燃料电池的能量效率，将会对可持续能源的发展、利用以及转化有重要的意义。 本论文以兼具电催化活性以及SPR特性的Pd基纳米材料为研究对象，从Pd基纳米催化剂的可控合成出发，研究了Pd基纳米材料上的SPR光增强的燃料电池反应，并结合DFT理论计算，研究其电催化活性增强的原因。 通过CO还原Pd前驱体溶液的方法合成得到了Pd纳米棒。通过调控前驱体溶液中甲醇、水以及PVP的含量和改变反应温度，可以得到不同长度的Pd纳米棒，实现对Pd纳米棒的可控合成。通过研究光照激发下Pd纳米棒上SPR增强的氧还原反应，发现SPR效应使得阿伦尼乌斯方程中的表观指前因子A增大了两个数量级，因此可以通过调控反应的动力学指前因子A来增强Pd纳米棒上氧还原电催化反应的活性。通过动力学H/D同位素效应实验以及DFT理论计算分析，发现可以把表观动力学指前因子A的增大归因于质子隧穿效应的增大，而这种增大的质子隧穿效应可以用SPR引起的局部电场增强来解释。同时，在模拟太阳光下同样可以观察到这种SPR增强的氧还原反应，这意味着这种SPR增强的光电催化反应具有实际应用的潜能。 使用CO作为模型分子，研究了SPR激发下Pd纳米棒表面的CO电催化氧化过程，并通过动力学H/D同位素实验，探究了SPR增强CO电催化氧化的机理，进一步证明SPR激发引起的局部电场增强会促进金属表面吸附物种的吸附量增加，从而提升了电催化活性。此外，通过研究Pd纳米棒上SPR增强的甲酸氧化反应，发现SPR效应会导致甲酸氧化活性的提升。结合酸性介质中的氧还原与CO氧化反应的实验与理论计算结果，可以认为，在有质子(H+)参与的电催化体系中，SPR激发对增强电催化反应的活性具有普适性。 合成了一种在酸性介质中应用于光增强甲醇电催化氧化的Pd/TiO2纳米电催化剂。系统地研究了在紫外光、可见光以及模拟太阳光光照条件下，Pd纳米粒子(Pd NPs)的SPR特性、纳米TiO2的光致电子-空穴分离特性以及这两者之间的协同作用对酸性介质中甲醇氧化活性的影响。对于Pd NPs/TiO2复合纳米结构，其中Pd NPs的SPR特性使得可见光照条件下甲醇电催化氧化的活性增加3.9倍，纳米TiO2的光致电子-空穴分离特性使得紫外光照条件下甲醇电催化氧化的活性增加17.9倍。现场红外光谱结果显示，在Pd NPs/TiO2上甲醇直接氧化成为最终产物CO2。我们认为紫外光引起的TiO2光致电子-空穴分离特性是Pd NPs/TiO2上甲醇光电催化氧化活性提高的主要原因。这项工作表明在酸性介质中，Pd基材料对于甲醇电催化氧化反应是有活性的，且催化剂中Pd NPs的等离子特性以及纳米TiO2上的光致电子-空穴分离特性共同增强了甲醇电催化氧化的活性。