过氧化氢（H₂O₂,Hydrogen peroxide）由于具有高体积能量密度,较快的反应动力学,生产成本低、易于储存和运输等优点,被视为一种可以替代氧气应用于燃料电池的液态氧化剂。目前,H₂O₂已经被应用于金属半燃料电池、直接硼氢化物-过氧化氢燃料电池、直接过氧化氢-过氧化氢燃料电池、直接甲醇-过氧化氢燃料电池等燃料电池系统中。H₂O₂的电还原反应是一个只涉及单一氧双键断裂的2电子传输过程,与氧气还原的4电子还原过程相比具有较低的反应活化能和较高的阴极电势。同时,由于H₂O₂常温下呈液态,相比气态或者液态氧在储存和运输上的不便,H₂O₂可以有效的改善燃料电池阴极氧化剂的携带量,并且不需要像氧气一样在高压容器中储存,减轻了燃料电池系统的重量,简化了系统结构。而且,H₂O₂可以以任意比例与水混合注入阴极,解决了在水下等高压环境下氧气无法顺利从容器中释放的问题。然而,H₂O₂作为燃料电池氧化剂仍存在几个突出的问题:一是目前的电还原催化剂不仅催化直接电还原,同时对H₂O₂的自分解反应也具有一定的催化作用,从而导致电池能量密度的下降;二是目前催化剂的制备工艺复杂,成本较高;三是催化剂的催化活性仍然有待进一步提高。因此,研发制备工艺简单,低成本且具有高活性、高选择性的催化剂材料具有极其重要的意义。本文中首先利用简单的气相沉积法在Ti板上直接生长出具有空间三维立体结构的C@TiO₂核壳结构纳米线阵列,然后通过电沉积的方法直接在C@TiO₂基体上沉积Pt作为活性物质,成功制备了一种新型Pt修饰C@TiO₂纳米线阵列的H₂O₂电还原催化电极（Pt/C@TiO₂电极）。通过该方法制备的Pt纳米颗粒平均粒径约为23.4 nm,且Pt的载量非常低仅为0.0631mg?cm^-2。在碱性环境下,50℃时H₂O₂电还原反应在该电极上的电流密度可达到450mA?cm^-2,催化性能明显优于商用Pt/C电极。同时通过稳定性测试表明Pt/C@TiO₂电极具有良好的催化稳定性。不同反应环境中,催化剂的性能会表现出明显差异。利用已制得的C@TiO₂为基体,通过电沉积方法在其上直接沉积贵金属Au制得Au/C@TiO₂电极。通过电化学测试对比不同反应体系对电极材料催化性能的影响。结果表明,Au/C@TiO₂电极在碱性电解液中H₂O₂还原电流密度仅为30mA?cm^-2,而在酸性电解液中电流密度高达300mA?cm^-2,这说明酸性体系中更有利于H₂O₂在Au/C@TiO₂电极上发生还原反应,且在酸性电解液中更容易获得较高的工作电压,同时也有利于减少H₂O₂的分解。为进一步降低催化剂成本,我们选择廉价且电化学性能优异的MnO₂作为活性物质,将其通过电沉积方法沉积在C@TiO₂基体表面,并对其在碱性环境下H₂O₂电还原反应的机理进行研究。通过物理表征发现,沉积得到的MnO₂具有纳米片状结构,这种结构可为反应物与催化剂之间提供更大的接触面积和更多的反应活性位点,实验中H₂O₂还原电流密度最高可达到275mA?cm^-2,其催化H₂O₂电还原性能可比拟贵金属催化剂,这主要归功于MnO₂/C@TiO₂拥有独特的三维立体结构以及MnO₂所具有的良好的破坏O-O键的能力。为了简化催化剂的制备工艺并降低电极的成本的目的,我们通过简单的电沉积和化学置换方法,以A4纸和8B铅笔为集流体,制备出新颖的碳支撑双金属催化电极。通过电化学测试表明A4纸-8B铅笔-NiAg（NiAg@C/A）双金属催化电极对H₂O₂电还原表现出极好的催化活性。在0.6mol?L^-1的H₂O₂和1mol?L^-1的NaOH电解液中,反应温度为70℃时还原电流密度可高达640mA?cm^-2。为进一步验证A4纸-8B铅笔-Ni基双金属电极对H₂O₂电还原反应的催化活性,我们通过置换反应在Ni层表面置换出金属Pt得到NiPt@C/A电极。实验结果表明,NiPt催化剂对于H₂O₂电还原同样表现出良好的催化性能,在低浓度H₂O₂溶液中,仍可得到375mA?cm^-2的还原电流密度。