燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置,具有无污染、能量转化率高和使用范围广等优点。目前,传统Pt阳极催化剂的价格高和活性低等不足影响了其商品化进程,因此,制备高性能的电催化剂是燃料电池发展的重要研究课题。小尺寸的金属粒子具有更高的催化活性,但它们极易发生团聚和催化剂中毒,无法重复利用。本论文以此为出发点,以高导电性、高比表面积的(氧化)石墨烯为基底材料,制备了一系列(氧化)石墨烯负载高分散性单、双及多金属纳米粒子的复合材料,并系统研究了它们对有机小分子(甲醇和甲酸)氧化反应的电催化性能,探讨了金属-金属、金属-基底协同效应、形貌效应对性能的影响,具体内容如下：1.利用简单水热法,通过调节引入Ni2+的含量,合成了不同形貌的氧化石墨烯(GO)纳米结构。不加Ni2+时,获得了三维网络状纳米结构(3DPN-GO),随着Ni2+含量增加,产物由单层(SL-GO)向多层(FL-GO)结构转变。相比之下,3DPN-GO由于比表面积最高而具有最好的电容性能：在5mVs-1下,其质量比电容值为352 Fg1,远优于单层和多层GO的电容值,且高于最新报道的三维GO纳米结构(240 F g-1). GO的可控制备对复合纳米功能材料的设计具有重要意义。2.以乙二醇为还原剂,在180 oC恒温下一步合成了还原氧化石墨烯(RGO)纳米片负载Pt纳米粒子的复合材料。制得的Pt粒子为单晶,形状不规则且边缘不光滑,平均尺寸为12nm。GO表面含氧官能团对Pt粒子的选择性成核与生长起到了关键作用,形成了RGO纳米片上均匀分布的小尺寸Pt粒子,从而避免了粒子的团聚。该复合材料在催化甲酸电氧化反应中具有较高的电化学活性表面积(31.7m2g-1)和正逆向阳极峰电流If/Ir比值(0.96),且表现出优异的电催化稳定性。3.通过两步法合成了均匀分散于RGO表面的Co-Pd双金属纳米粒子,粒子平均尺寸为5 nm。先形成的Co纳米粒子被用作随后Pd生长的晶种且Pd被添加到Co纳米粒子的旁边,形成了Co-Pd双金属界面。复合材料的形貌、微结构、大小和组分被表征,涉及的形成机理也被讨论。研究了CoPd-RGO复合材料在碱性条件下对甲酸氧化反应的电催化性能。结果表明,CoPd-RGO比单组分的Co-RGO和商用Pd黑表现出更高的催化活性和稳定性。这不仅归因于小尺寸Co-Pd粒子的双金属界面提供了更多的活性原子用于接触反应物,还归因于金属和石墨烯之间的协同效应。该方法将能拓展并合成其它双金属/RGO复合材料。4.通过两步法成功制备了三金属Pt/Au@Pd-G复合材料。首先,采用热还原法,一步合成了石墨烯纳米片负载核壳结构Au@Pd双金属纳米粒子,粒子平均直径为11 nm,均匀分散在石墨烯表面。粒子数密度和Pd壳厚度能通过改变金属前驱体的浓度进行控制。结合实验结果,对一步法形成这种核壳结构的机理进行了探讨。然后,在Au@Pd双金属纳米粒子表面进一步生长Pt。针对酸性介质中的甲醇电氧化反应,Au@Pd-G双金属复合材料表现出了明显高于单金属体系(Pd-G和Au-G)的催化活性和稳定性,表明其在甲醇燃料电池方面具有重要的应用前景。5.为了研究金属粒子形貌对催化性能的影响,利用微波辅助一步法制备了RGO纳米片负载球形树枝状Pt颗粒。Pt颗粒是由5-7 nm的粒子构成,均匀分散在RGO表面；调节前驱体浓度能改变单个Pt颗粒内部纳米粒子的数量,且Pt颗粒的直径能够在较大范围内调控。纳米片表面含氧官能团和微波选择性加热对Pt选择性成核与生长起到了关键作用,纳米粒子的快速自组装导致了枝状形貌。由于形貌效应和单个颗粒中粒子间的界面效应,前驱体浓度为3.1 mM时制得的RGO-Pt对甲酸电氧化具有最高的电化学活性表面积(56.9 m2g1)和最大的If/Ir比值(0.97),相应的甲酸氧化电流密度为2.95 mA cm-2,高于已报道的Pt/石墨烯(2.39 mA cm-2).