燃料电池具有发电效率高、环境友好等优点,被认为是解决能源危机和环境恶化的有效方式之一。目前燃料电池使用的催化剂多为碳载铂或者铂基合金,但是贵金属铂的高昂成本和有限储量限制了燃料电池的商业化发展,因此制备低铂载量高性能的催化剂一直是相关研究中的重点。众所周知,形貌、结构和载体都会影响催化剂的性能。还原氧化石墨烯因为具有高的表面积、可调的表面官能团和良好的导电性是近几年催化剂载体的热点材料。Pt纳米晶因为具有可调的物理或化学特性、特殊的形貌结构、高的表面活性面积、良好的分散性等优点,在甲醇氧化、甲酸氧化等电化学反应中有较好的应用前景。众多研究证明,高指数晶面催化剂相比低指数晶面表现出更好的催化活性和稳定性,而方波法是一种获得高指数晶面铂纳米催化剂的有效方法。本论文是利用还原氧化石墨烯(rGO)覆盖在碳纸表面上,然后在rGO表面用方波法沉积有独特形貌结构的铂纳米晶,以此得到透气性良好的一体化气体扩散电极。主要研究工作如下:Hummer法制备的氧化石墨(GO)配成GO溶液后滴在碳纸(CFP)上,在不同温度氛围下热处理得到不同还原程度的rGO/CFP复合载体材料,SEM表征表明,平整的rGO薄膜基本覆盖了碳纸纤维间的空隙。XPS、FTIR和Raman结果显示,800℃和氢气氛围下rGO被高度还原,C-O键基本消失,氧含量只剩6.1 wt%。本论文采用方波法在rGO/CFP表面沉积铂纳米晶(NCs),随着rGO薄膜载体还原程度的增加,沉积的PtNCs粒径逐渐变小且形貌逐渐变的规则,结果显示:在高还原的rGO/CFP上Pt趋向于形成具有高指数晶面的凹立方体结构(CNC)。在电化学表征中,具有独特结构的CNC Pt-rGO/CFP电极表现出高的电化学活性面积(121.7 m2 g-1),以及在甲醇电催化氧化实验中质量活性峰值电流为499.2 mAmg-1,甲酸氧化峰值电流高达949.8 mAmg-1。结合进一步的稳定性测试结果,证明了该CNC Pt-rGO/CFP复合电极有较高的电催化性能和稳定性。单电池测试用于表征Pt-rGO/CFP复合电极的实际应用性能,采用Pt-rGO/CFP作为阴极电极,最高功率密度可达1855.3 mW mg-1。除了直接沉积Pt在rGO/CFP表面上,本论文还通过溅射方法制备Pt-rGO/CFP电极,研究了方波法对该Pt-rGO/CFP电极的形貌和催化性能的影响。本论文的研究工作不仅开启了一个具有潜在应用研究前景的低成本复合气体扩散电极方向,而且对后期探索用于燃料电池的低铂载量高性能一体化气体扩散电极提供一定的指导与借鉴意义。