随着科学技术的发展,化石燃料的加速消耗造成能源和环境问题日益严重,开发一种对环境好、可持续发展的能源装置成为科学家们关注的焦点。目前,燃料电池作为一种对环境几乎零污染,能量转换效率高,安全性好的新型能源装置吸引了人们的关注。在传统技术中,Pt基催化剂是最好的燃料电池氧还原催化剂。但是,这类催化剂在应用中出现了催化活性易衰减、成本高且稳定性差等弊端,使得燃料电池难以实现商业化的应用。因此,本文以直接甲醇燃料电池（DMFC）阴极的氧还原反应催化剂为研究重点,通过进一步优化催化剂的结构和组成来加速阴极氧还原反应的速率。研究内容及成果如下:1、通过不同的前驱体的和不同的热处理温度确定了使用尿素在马弗炉中以5℃min^-1升温速率升温至550℃保温4 h,得到的U-g-C₃N₄层级结构更明显,比表面积更大(85 m² g^-1),催化性能更好（-0.321 V）。但是g-C₃N₄本身的导电性很差,因此我们通过与石墨烯混合或者加入金属元素对g-C₃N₄进行了改性。2、开发了一种简便而经济的策略来制备钴,氮掺杂碳纳米管,以实现有效的氧还原（ORR）应用。g-C₃N₄用作模板和N源,柠檬酸用作碳源,六水合硝酸钴作为钴源。通过简单的水热处理和煅烧,可以获得具有高的比表面积(523 m² g^-1),高氮含量（4.58%）的钴,氮掺杂碳纳米管。在碱性条件下有着优异的催化性能,如初始电压-0.087 V,半峰电压-0.140 V,极限电流密度3.57 mA cm^-1,很好的耐甲醇交叉效应及4e^-的反应路径等。3、在氧化石墨烯中加入g-C₃N₄可以防止氧化石墨烯在水热（180℃）过程中团聚,得到多褶皱的三维层状g-C₃N₄@rGO基底。然后通过物理方式（超声和搅拌）添加g-C₃N₄量子点溶液,得到g-C₃N₄@rGO/g-C₃N₄QDs复合材料。加入量子点之后氮含量明显提高（8.87%）,这为反应提供了更多的活性位点。在碱性条件下,循环伏安曲线（CV）更趋近于矩形,更正的电位（-0.214 V）。由K-L方程得出ORR过程为4e^-反应,并且有良好的耐甲醇交叉效应和稳定性。