燃料电池（Fuel Cell）具有能量密度高、使用寿命长、操作方便、污染小、可连续工作等优点，因而被认为是未来便携电子产品的主要替代能源之一。铂作为燃料电池电催化剂，具有催化活性高、过电位小等优点,是迄今为止最为常用的燃料电池催化剂。但由于铂价格昂贵，资源匮乏,采用其将大大增加燃料电池的成本，严重阻碍了燃料电池的商业化。已商业化的燃料电池由于阳极燃料易渗透到阴极，与阴极Pt催化剂发生电氧化，产生―混合电位‖，且氧化产生的毒性中间体（如CO）易使催化剂中毒，从而限制了燃料电池的快速发展。因此，研究如何降低催化剂成本，发展高催化活性和抗中毒能力强的新型催化剂成为燃料电池发展的关键。本论文在综述当前燃料电池电催化剂的基础上，制备了不同类型催化剂及其表征。主要研究结果如下：1.石墨烯（GNs）具有优异的物理性质，如较大的理论比表面积、很强的机械强度及优异的导电性和稳定性，被认为是最理想的催化剂载体材料之一；聚吡咯是常见的一种导电聚合物，可以很好的使金属纳米粒子在其表面分散，常常被用作电催化剂的载体，但其导电性和稳定性远远差于石墨烯，因此以聚吡咯中掺杂石墨烯作为载体，通过电沉积得到负载Pd的Pd/Polypyrrole-Geaphene/Pd （Pd/PPy-GNs/Pd）三明治夹层结构复合材料，通过电化学测试证明，合成的电催化剂对甲酸的电催化氧化有较好的催化活性。在这一过程中，吡咯中掺杂石墨烯不仅增强了吡咯的导电性和比表面积，也有利于钯纳米粒子在载体表面的沉积和分散,使PPy-GNs负载钯纳米粒子催化剂（Pd/PPy-GNs/Pd）具有较大的电化学活性表面积，用电沉积可以很好的控制Pd金属纳米粒子的粒子大小，进一步提高Pd/PPy-GNs/Pd催化剂的催化活性和稳定性。由于Pd在自然界中的含量是Pt的50倍，因此，用Pd替代Pt催化氧化甲酸，不仅降低了燃料电池的成本，同时甲酸毒性比较小，可实现对环境和人类社会的可持续发展。2.结合石墨烯独特的物理化学性质，采用原位氧化还原法，以KMnO₄和GNs为原料合成了GNs-MnO₂非贵金属氧还原催化剂，并通过XRD、SEM、TEM等物理和电化学测试表明，此方法得到的MnO₂纳米颗粒均匀生长在石墨烯薄层上，可以有效的提高MnO₂的电化学活性位点和有效利用率,所制得的GNs-MnO₂在碱性溶液中表现出良好的电催化氧还原活性。3.分别以5-氨基四氮唑一水合物和尿素为氮源，氧化石墨为碳源，将一定质量比的含氮化合物和氧化石墨混合，氮气保护下一定温度煅烧得到氮掺杂石墨烯的非金属氧还原催化剂。对其进行电化学测试表明，所得材料对氧还原具有较高的催化性能。它将含氮化合物和石墨烯固有的结构性质有效的结合起来，直接取代了金属作为阴极催化剂催化氧还原的应用，不仅降低了燃料电池的成本，也增加了使用寿命。