由于能源危机以及传统能源对环境的污染日益加剧，因此对新能源系统的开发提出了迫切要求。燃料电池作为一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高的能量密度、优异的转化率以及绿色环保等优点，已成为人们研究的热点。对于燃料电池，阴极氧还原反应是影响其发展的重要因素，开发新型高效的氧还原催化剂是促进氧还原反应进行的关键。铂基催化剂因具备优异的氧还原（ORR）催化性能而被广泛使用，但其资源稀缺，价格昂贵，极大程度的限制了燃料电池的商业化应用。因此，有必要开发新型高效并且价格低廉的非铂基催化剂。近些年来，石墨烯基催化剂因其独特的物理化学特性成为理想的催化材料。另一种清洁能源氢气，作为重要的化工原料，备受关注，现在实现工业上制氢的重要手段就是电解水，因此，高效的析氢催化剂对提高电解水的效率十分重要。本文将对氧还原催化剂以及析氢催化及进行研究和性能测试，主要以价格低廉，来源丰富的石墨为原材料，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，借助其作为基底将其他元素掺杂到石墨烯结构中或者以石墨烯作为载体制备复合材料，构建具有三维多孔网状的无贵金属-石墨烯复合材料，解决因电子转移滞后而影响燃料电池阴极上的氧还原反应。包含下列三个工作:　　(1)通过将氧化石墨烯、三氧化二硼(B2O3)和过氧化氢进行水热处理和冷冻干燥，并分步的在氮气和氨气中煅烧，采用两步法制备出结构可控的N-B共掺杂石墨烯(BNG)三维凝胶。其中以质量分数为3％的过氧化氢刻蚀的BNG凝胶具有优异的物化性质和电化学性能:丰富的孔结构和边界缺陷，其比表面积达到691m2 g-1;B原子和N原子的掺杂量大，并且多以具有催化功能的吡啶型的氮(N1)和C-B键的形式存在，没有形成B-N键;较正的起始电压，电子转移数为3.98，接近4电子转移路径，极限电流密度达到5.5mA cm-2，动力学电流密度JK为9.2mA cm-2。这些电化学性能评价指标高于商用10％的Pt-C催化剂。　　(2)在水热过程中，将过氧化氢、钼酸铵与氧化石墨烯进行反应，制各出疏松多孔的三维结构的还原氧化石墨烯凝胶（MoO3-rGO），进一步在H2气氛中高温煅烧，制备出丰富的碳化钼量子点负载在石墨烯凝胶上，记作Mo2C-graphene。其中在1000℃煅烧时制备出的Mo2C-graphene-1000样品具有优异的ORR催化性能:极限电流密度达到4.5mA cm-2，动态电流密度为9.6mA cm-2，转移电子数n=3.9。除此之外，Mo2C-graphene-1000样品具有优异的析氢催化性能，电流密度达到110mA cm-2，塔菲尔斜率为80mV dec-1，接近于贵金属Pt的催化性能。　　(3)以石墨烯、过氧化氢和钼酸铵作为原料，通过水热反应以及冷冻干燥，随后在氨气中高温煅烧，制得氮化钼-石墨烯三维凝胶复合材料。Mo2N-graphene-800样品具有高的比表面积达711.2m2 g-1，高的比表面积有利于增大催化剂的接触面积，多孔的构造有助于氧气的通过。Mo2N-graphene-800样品具有优异的催化性能:具有较正的起始电位，该电位接近于Pt-C的起始电位;Mo2N-graphene-800样品的极限电流密度达到7.7mA cm2，动态电流密度JK为14.5mA cm-2(在-0.5V时)，转移电子数为3.95，对甲醇有优异的选择性，经过30000s后其电流值保持稳定，没有衰减，具有良好的稳定性。