直接甲醇燃料电池（DMFC）具有能量密度高、燃料便于运输和设备简单等优点，作为便携式移动电源有着广阔的应用前景。然而目前直接甲醇燃料电池仍面临诸多问题，如电催化剂的高成本、甲醇渗透和阴极水淹问题。　　本文通过高温牺牲模板途径制备一种新型的具有丰富介孔结构的石墨烯材料（M-Gr），使用M-Gr构建了介孔石墨烯基阴极扩散层，并进一步构筑了膜电极集合体（MEA），研究介孔石墨烯基阴极扩散层对DMFC性能和传质动力学的影响。结果显示，相比于传统的由XC-72R碳黑构建的阴极扩散层，介孔石墨烯基阴极扩散层可有效缓解阴极的水淹，电池性能提高了约18％，而且放电稳定性显著增强。其次，以氰胺和氧化石墨为前驱物，通过高温热解制备了氮修饰的石墨烯(N-Gr)。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积和孔径分析(BET)、拉曼光谱分析(Raman)等表征技术对氮修饰的石墨烯的结构和形貌进行了表征。电化学研究显示，氮修饰的石墨烯对阴极氧还原反应（ORR）具有较好的催化活性，是传统贵金属催化剂的有力替代者。此外，以氧化石墨烯和XC-72R碳黑为原料，通过真空抽滤制备了氧化石墨膜，进一步经化学还原得到石墨烯膜(Gr-F)。该膜具有高的导电率和极低的甲醇渗透率1.178×10-9 cm2s-1，可用作阻醇膜，或用于修饰传统的Nafion膜。