中文摘要：

燃料电池中催化剂的表面应变以及阳极/电介质的界面结构对燃料电池的性能有着非常重要的影响。我们使用高分辨电子显微像和电子能量损失谱技术研究了燃料电池中的界面、表面原子结构和杂质原子偏析。利用定量电子显微学方法，确定了材料局域的晶格参数，从而获得了纳米颗粒的应变分布状态。通过结合球差校正电镜和定量应变分析，发现了催化剂纳米颗粒表面存在晶格膨胀，这种表面晶格应变会显著地影响纳米颗粒的催化性能。发现在长时间工作下，掺钪氧化锆中的氧离子空位逐渐在钪离子近邻聚集，因而大量自由载流子被束缚，从而导致导电性能的显著下降。此外，由于氢氧离子填充了氧化锆中的氧离子空位，从而破坏了四方相氧化锆的稳定性，引起四方相到单斜相的马氏体相变，也会在燃料电池反复使用时破坏电介质结构。解析了燃料中硫杂质与阳极中氧化铈的反应方式。利用电子能量损失谱分析，确定了阳极/电介质界面处氧化铁第二相随着氧化还原状态的变化，由三氧化二铁向四氧化三铁结构的转变，这一结构转变显著地影响了燃料电池中一氧化碳氧化反应的速度和效率。由此，加深了对界面、表面结构对燃料电池等材料作用物理化学本质的理解，为发展新型燃料电池提供了理论参考。