燃料电池多以贵金属Pt作为阴极催化剂,高昂的成本限制了其商业化发展,因此寻求廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂已成为燃料电池研究的主要目标之一.目前通过高温热处理得到的M-Nx-C(过渡金属-氮-碳)类非贵金属催化剂因具有良好的氧还原催化活性而受到广泛重视.本文以新型碳材料—石墨烯为碳载体,制备了一系列氮掺杂的石墨烯基氧还原催化剂,同时对其进行了详细的结构表征和电催化性能测试,主要研究内容和结论如下：(1)利用石墨烯作为碳载体,在Fe、Co盐和聚苯胺存在下通过高温热解法制备M-Nx-rGO催化剂.TEM、EDX、XPS等数据结果表明活性位点(M-NX基团)不仅可以在石墨烯片层边缘生成,而且有可能存在于片层内部,这大大提高了催化剂的活性.同时,考察了金属离子(Fe, Co)对催化剂活性的影响,结果表明二元金属催化剂FeCo-N-rGO的催化活性最优,并对此进行了相关的理论解释.(2)利用简单的凝胶化处理和高温热解法制备了石墨烯基干凝胶类催化剂.BET结果表明该类干凝胶具有较高的比表面积和大量孔隙结构,这不仅能增加活性点的利用率还可以提高离子、电子的传输率.因此,相对于石墨烯片层堆积的非凝胶催化剂而言,在电分析实验中凝胶类催化剂具有较正的起始电位和较高强度的反应电流,这说明高比表面积材料有利于提高催化剂的性能.(3)发展了一种大规模制备氮掺杂石墨的简便方法：利用机械研磨和高温热处理相结合的方法制备了边缘氮掺杂的纳米石墨颗粒.SEM、TEM、Roman、XPS等分析结果表明,机械研磨不仅可以促进石墨粉剥离成纳米颗粒而且能促进氮掺杂作用.电分析实验结果表明,通过该方法制备的催化剂具有良好的氧还原催化活性、较好的耐甲醇毒性和良好的稳定性.该设计为大规模制备经济、高效的催化剂提供了切实可行的方法.本论文通过二元金属FeCo-N共掺杂法、凝胶法和机械球磨法制备了一系列石墨烯基氧还原催化剂,深入研究了催化剂的结构特征,并探索了催化剂结构与性能之间的关系,增强了石墨烯基复合材料在催化领域的基础理论,为实现相关材料的实际应用提供了借鉴依据.