石墨烯作为新型的碳材料,拥有许多优异的物理化学性能,得到了越来越多的研究和关注。本文通过在液相超声剥离石墨过程中持续添加表面活性剂(Triton X-100)的方法,制备得到了高品质的石墨烯片,并对不同超声时间(50分钟,80分钟,1 10分钟,140分钟,170分钟,200分钟)得到的石墨烯片的形貌结构进行了分析比较。结果表明,延长超声时间使石墨烯片的碳原子层数减少,提高了其品质。甲醇氧化反应是影响直接甲醇燃料电池性能的主要因素,因此开发对甲醇氧化反应具有高催化活性的新型催化剂是十分重要的课题。本文通过溶剂热法制备了石墨烯和氮掺杂石墨烯,并将其用作Pt和Pt-Ru纳米粒子的载体,采用伏安循环法和电化学交流阻抗谱对甲醇氧化反应的电催化活性进行了表征。结果表明,与石墨烯相比,氮掺杂石墨烯负载的Pt和Pt-Ru纳米粒子在氧化电位,正向扫描峰电流密度以及电荷传输阻抗方面表现更好,对甲醇氧化反应的催化活性更高。此外,Ru的加入显著提升了IF/IR比值,提高了 Pt催化剂对一氧化碳的抗性。氧还原反应缓慢的动力学过程制约了燃料电池性能的提高,本文采用溶剂热法制备的石墨烯和氮掺杂石墨烯直接用作催化剂,以及Pt和Pt-Ru纳米粒子的载体,对氧还原反应的电催化性能进行了表征。相比于石墨烯,氮掺杂石墨烯在酸性和碱性溶液中的氧还原电流更高,表现出更好的催化活性。酸性溶液中二者催化的氧还原反应均为四电子反应,碱性溶液中均为二电子反应。当用作Pt和Pt-Ru纳米粒子的载体时,氮掺杂石墨烯同样表现出优于石墨烯的性能。在酸性溶液中四种催化剂催化的氧还原反应均为四电子反应,Pt/NG和Pt-Ru/NG在氧还原电流,反应起始电位以及耐久性方面分别好于Pt/G和Pt-Ru/G。在碱性溶液中,氮掺杂石墨烯相比与石墨烯,对Pt和Pt-Ru 纳米粒子催化还原反应无明显的促进作用。研究表明,氮掺杂石墨烯作为催化剂载体,在催化甲醇氧化反应和酸性溶液中的氧还原反应方面,有很大的应用潜力。而对于碱性溶液中的氧还原反应,氮掺杂石墨烯本身具有较高的催化活性,能够直接用作催化剂以取代成本昂贵的铂催化剂。