直接甲酸燃料电池（Direct formic acid fuel cell，DFAFC）具有燃料来源广、能量转化率高、环境友好、储存和运输方便安全等优势，在低温燃料电池领域具有较好的应用前景。研究发现，地球上储量丰富的Pd对甲酸的催化能力较其它金属的高，成为DFAFC中广泛使用的催化剂。催化剂碳载体材料的种类和表面性能与贵金属催化剂的形貌、分散程度以及颗粒大小有着直接关系，与燃料电池的电催化性能密切相关。石墨烯（Graphene）作为一种新型碳材料，具有高的比表面积以及良好的热稳定性和化学稳定性，受到人们的广泛关注。但是化学法制备的石墨烯表面浸润性、比表面积以及导电性尚需进一步改进。为了提高催化剂的电催化性能，降低燃料电池常用催化剂的用量，从而降低催化剂的成本，本论文从制备具有良好浸润性、优异导电性的石墨烯载体以及新颖结构的催化剂等方面入手，改进了电催化剂的电催化性能，对催化剂的形貌、结构、电化学性质等进行了详细研究，评价此类复合电催化剂的组分和结构对甲酸电催化氧化的活性和稳定性影响的规律性，并探讨石墨烯复合物与金属纳米粒子之间的关联性，为其在DFAFC中的应用提供理论支持。主要研究内容有如下几个方面：1.以石墨烯、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、商业碳为载体，采用液相化学还原法，分别制备了四种不同碳载体负载钯催化剂，考察比较了其对甲酸电催化性能的影响。结果表明，石墨烯载体表面有利于得到尺寸小、分散度高的钯纳米颗粒，其表现出了较好的催化活性。为了进一步改善石墨烯的表面浸润性，通过亲核开环反应制备了氨苯基功能化石墨烯，保持了石墨烯大比表面积的结构及较好的分散性，提高了氨苯基功能化石墨烯表面钯纳米颗粒的分散性，其平均粒径约为4.2nm。电化学测试表明，修饰的石墨烯负载Pd催化剂对甲酸氧化的电流密度高达112.36mA mg^-1，是纯石墨烯载Pd催化剂的1.6倍，而且氨苯基官能团的引入有效地改善了催化剂的稳定性。2.采用液相还原法获得了石墨烯-碳纳米管复合材料，然后通过微波还原法制备了石墨烯-碳纳米管负载Pd纳米催化剂，从催化活性角度出发，对电极材料中石墨烯和多壁碳纳米管的配比进行了合理优化，考察了不同碳管加入量的催化剂对甲酸催化氧化性能的影响。电化学测试表明，与Pd/Vulcan XC-72，Pd/RGO和Pd/CNTs相比，当加入的CNTs与GO的质量比为1:5时，Pd/RGO-CNTs催化剂获得最好的催化活性，这是因为碳纳米管的加入增加了载体的导电性，降低了反应过程中的电荷传输电阻，加速了载体表面电子的传递能力，提高了其催化活性。3.采用原位聚合法合成了具有高表面活性的石墨烯-聚吡咯复合材料，接着通过微波还原法得到石墨烯-聚吡咯负载高分散的Pd纳米催化剂，讨论了不同吡咯单体加入量的催化剂对甲酸催化氧化性能的影响。研究发现，在氧化石墨片层结构表面所覆盖的一层聚吡咯薄膜，增加了载体材料的导电性，提高了Pd纳米颗粒的分散性，其平均粒径约为4nm。电化学测试表明，与Pd/RGO和Pd/PPy相比，当加入的吡咯单体与GO的质量比为1:2时，Pd/PPy-RGO催化剂获得最好的催化活性。这为解决改善石墨烯载体导电性的同时，提高纳米粒子在其表面分散性的问题提供了有效解决的办法。4.采用一步高温有机液相法，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂和还原剂，合成了单分散钯纳米颗粒-石墨烯催化剂，详细分析了实验条件对钯纳米粒子生长的影响，对其生长机理进行了分析，确认了氧化石墨、油胺、正三辛基膦共同作用是形成这种结构的关键，并考察了其作为催化剂对甲酸氧化的电化学性能。结果表明，Pd纳米粒子大小均一的分散在石墨烯载体表面，其平均粒径约为3.8nm。研究发现，该催化剂用于甲酸氧化的催化活性是商业碳载Pd的1.4倍，同时具有较高的抗CO中毒的能力。在此基础上，采用同样的方法，合成了枝晶状钯纳米颗粒-石墨烯催化剂，发现氧化石墨中的官能团是形成这种结构的关键，其起到了表活剂模板的作用，当加入还原后的石墨烯，只能得到球形的钯纳米颗粒。电化学测试表明，催化剂对甲酸氧化的活性是石墨烯载Pd球形颗粒催化剂的1.5倍，同时抗CO中毒的能力得到了提高。5.采用高压有机液相法，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，两步法制备了纳米方块钯结构-石墨烯催化剂，合成的钯纳米方块结构尺寸分布窄且形貌均一，其平均粒径约为8nm，详细分析了实验条件对钯纳米方块生长的影响，确认了I-是形成这种结构的关键，同时，通过改变表面控制剂，制备了球形钯纳米粒子-石墨烯催化剂，对比研究了该催化剂对甲酸的电化学性能。结果表明，纳米方块钯-石墨烯催化剂对甲酸的催化活性是纳米球形钯纳米粒子-石墨烯催化剂的1.8倍。