随着科技和社会的进步,人们对电能的使用越来越广泛,需求量也越来越大,然而传统的化石燃料不但资源有限,而且对环境造成了极大的污染,这一切使得全球对开发和使用可持续供给的清洁能源有了强烈而迫切的需求。燃料电池因为其具有操作温度低、能量密度高、启动速度快、噪音比较低和无环境污染等优势,可以广泛的应用于航天飞行、固定发电装置,移动电源,便携式电源和电动汽车等领域,是未来理想的能源之一。其美好的应用前景,燃料电池的研究成为电化学和能源科学领域的一个研究热点,许多发达国家都投入大量的人力和物力来研究和开发这一领域,我国政府和科研工作者也对这一领域给予了高度的关注和积极的努力。燃料电池阴极催化剂的用量高达90%,由于铂资源的储量较少,价格昂贵,使得燃料电池的成本非常高,这是阻碍燃料电池广泛使用的原因之一。开发和研究成本相对较低,催化活性较好的非贵金属催化剂成为燃料电池研究的主要工作之一。本文分别以氧化石墨烯和碳纳米管制备出了两种电化学催化剂,并通过不同的技术手段对其结构和性能进行了初步的研究。通过简单的两步热分解法制备了一种很有前景的氧还原反应Co/N/rGO(NH3)催化剂,即将硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O),聚乙烯亚胺(PEI)和氧化石墨烯(GO)的混合物依次在氩气环境和氨气环境中就行热处理。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的表面形貌进行了表征,X射线光电子能谱仪(XPS)检测了催化剂表面的化学组分,循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)对催化剂在碱性溶液中的氧还原性能进行了测试,计时电流法研究了稳定性。XPS表明催化剂表面主要为吡啶氮(原子含量高达46%),RDE在0.1M KOH溶液中的动力学测试表明催化剂具有很高的氧还原催化活性。催化剂在氧还原反应中的电子交换数约为3.9,进一步的表明氧还原反应中由O2到H20主要以4e途径进行。耐久性表明催化剂的稳定性非常好。通过两步热分解法,以过渡金属、碳纳米管和有机高分子聚合物为前驱体制备了非贵金属催化剂(Co/N/CNTs),利用电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对催化剂微观结构进行了表征,并在碱性溶液中通过循环伏安法和旋转圆盘技术对电催化剂的氧还原活性、稳定性以及抗甲醇中毒性进行了研究。结果表明,Co/N/CNTs催化剂具有高的氧还原活性,在催化剂表面进行的氧还原过程中电子转移数目为3.2,起始电位与Pt催化剂的相接近,而半波电位与Pt催化剂相比更靠正,稳定性和抗甲醇中毒性远超过Pt催化剂。