全球能源需求的不断增长和化石燃料的过度消耗,推动了未来新能源转换和存储器件的发展,如燃料电池和金属空气电池等。H2O2可被用做燃料电池的氧化剂和燃料,作为电子受体和电子供体,通过阴阳两极发生氧化还原反应,在阳极上放出电子,电子经外电路传导到阴极并与氧化剂结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料反应,构成回路,产生电流,实现化学能转化为电能的能量转化的过程。燃料电池的性能表现和应用范围在很大程度上取决于催化剂的制备方法和载体的选择。催化剂载体的结构与性能对催化活性物质的生长速率、粒径尺寸、分散性、及催化活性起着重要作用。由于独特稳定的物化性质,高分子材料在燃料电池催化剂载体研究中逐渐被关注。本论文围绕聚酰亚胺基载体材料在电催化领域的应用背景,基于传统聚酰亚胺为非导电性材料及纳米金属催化剂的研究现状,围绕构筑电极表面的微观结构以及多种催化电极的制备方法展开研究。利用“两步法”制备了聚酰亚胺泡沫,并利用浸渍干燥法或水热法在其表面负载了导电的还原氧化石墨烯,制得了三维还原氧化石墨烯/聚酰亚胺泡沫（3D RGO@PI foam,3D RPF）催化剂载体材料。该载体材料呈三维开放的多孔结构,这有利于形成良好的导电网络,并为电催化过程中气体的快速逃逸提供有效路径,同时兼具质轻、热稳定性好的特点。以3D RPF为基体负载不同形貌和尺寸的纳米金属催化剂,制备了一系列新颖的具有三维开放结构的催化电极材料,研究了其催化过氧化氢电还原和电氧化的性能。利用电沉积法以3D RPF为催化剂载体制备了还原氧化石墨烯/聚酰亚胺泡沫负载Pd的催化电极Pd/3D RGO@PI foam（PRP）。采用XRD、XPS、SEM、TEM、LSV、CA和CV等手段对PRP电极进行了结构与性能的表征,研究了PRP电极在酸性和碱性体系下对H2O2电还原和电氧化的催化活性、稳定性、反应的活化能、重现性及重复性。结果表明该电极在酸碱体系中对H2O2电还原和电氧化反应均具有良好的催化性能。三维开放的骨架结构、Pd纳米粒子和RGO纳米片的分散性及较大的比表面积对PRP电极在酸碱性体系下的催化性能起着重要作用。在同等测试条件下经1000圈循环伏安测试后,PRP电极上的还原或氧化电流密度均可达到最初还原或氧化电流密度的93%以上。利用电沉积法和“一锅法”以3D RPF为催化剂载体制备了两种还原氧化石墨烯/聚酰亚胺泡沫负载Au的催化电极Au/3D RGO@PI foam（E-ARP）和3D Au/RGO@PI foam（3D ARP）。将所构建的E-ARP和3D ARP电极进行了结构与形貌、以及在酸体系下对催化H2O2电还原行为的研究。结果表明两种电极均保持了良好的三维立体结构,电极表面所负载的Au催化剂的尺寸、负载量和分散性有所不同。E-ARP电极负载了微纳米的Au催化剂,负载量较大且部分Au颗粒发生了聚集;3D ARP电极负载的纳米Au催化剂的粒径仅为4.26±2.08 nm,分散性较好,在几何面积为1 cm2的电极上Au的负载量仅是E-ARP电极的十分之一。两种电极均具有良好的稳定性、重现性和重复性。与电沉积法制备的E-ARP电极相比,采用“一锅法”制备的3D ARP电极在同等测试条件下对H2O2电还原的反应活化能更小、催化性能更优。究其原因可能是由于“一锅法”制备的Au纳米催化剂的粒径尺寸更小,小尺寸的Au催化剂发挥更好的纳米尺寸效应,使催化剂在单位面积内得以有效利用。利用原位共沉淀和分层组装法以3D RPF为催化剂载体制备了还原氧化石墨烯/聚酰亚胺泡沫负载Co3O4和Pd-Co3O4复合材料的催化电极Co3O4/3D RGO@PI foam（CRP）和Pd-Co3O4/3D RGO@PI foam（PCRP）。对所制备的CRP和PCRP电极进行了结构与形貌以及在碱体系下对催化H2O2电还原行为的研究。结果表明两种电极均呈现良好的三维开放自支撑结构,电极表面负载的Co3O4纳米催化剂呈菱形十二面体空心笼状;每相邻的RGO纳米片被夹在Co3O4空心笼层中相互支撑,形成类似于三明治的自支撑结构。检测到多孔Co3O4纳米空心笼对H2O2在碱性溶液中的电还原反应的催化活性较低,经过贵金属修饰后的负载Pd/Co3O4复合纳米催化剂的PCRP电极具有较高的催化活性和良好的稳定性。一方面可能与电极表面负载的小尺寸的Pd纳米粒子（4.25±1.38 nm）、Co3O4空心笼及RGO纳米片形成的自支撑结构有关;另一方面可能由于多孔Co3O4纳米空心笼为贵金属提供了良好的沉积骨架,促使PCRP电极催化H2O2发生多个过程的电还原反应。与PRP、E-ARP和3D ARP电极相比,PCRP电极在贵金属负载量较低的情况下,对H2O2电还原展现了更优的催化性能。