燃料电池是最具发展潜力的能源转换装置,有着清洁高效,低温运行,燃料来源丰富,可移动性优点。氧还原反应（ORR）和氢氧化反应（HOR）是分别在燃料电池阴极和阳极发生的电化学反应。阴极上的ORR在动力学上由于O=O键的活化或裂解问题而变慢,目前商业化的ORR催化剂为Pt/C,但是全球铂的储量有限。此外,铂族金属催化剂的HOR活性在碱中比在酸性电解质中慢约两到三个数量级。这会导致阳极上更高的铂族金属负载量,不利于燃料电池的商业化。因此,开发在碱中具有高ORR和HOR活性和耐用的无铂族催化材料对于燃料电池的商业化非常关键。一般来说,良好的电催化剂具有高活性、高表面积、良好的导电性和长期稳定性。由于二维纳米材料的原子级厚度、高比表面积、丰富的表面化学,所以其在催化方面具有广阔的应用前景。基于此,本文利用二维材料优势,制备出了具有ORR和HOR活性的催化剂,主要工作如下:（1）基于二维金属氧化物MnxCo3-xO4（0≤x≤3）氧还原催化剂活性的研究。三维块状金属氧化物活性位点都在体相内,活性位点难以暴露导致其本征活性低,因此开发二维金属氧化物有利于让催化剂体相内的活性位点充分暴露,从而提升其氧还原活性。将粉末状Co（Ac）2·4H2O和Mn（Ac）2·4H2O加入P123、EG、C2H5OH和H2O构成的溶液中,自下而上的水热合成二维金属氧化物MnxCo3-xO4（0≤x≤3）催化剂。通过SEM等物理表征对催化剂分析,得到所制备的催化剂为二维形貌。随后采用CV,LSV测试方法对催化剂的ORR活性进行探索,得出性能最优的Mn0.6Co2.4O4氧还原催化剂,其厚度为13 nm,测得其半波电位为802 m V,比未加Mn的提高了25 m V,且Mn0.6Co2.4O4催化剂作为阴极测得的单电池最大输出功率为837.4 m W cm-2远优于商业Pt/C催化剂。最后采用抗甲醇氧化测试、加速老化测试Mn0.6Co2.4O4催化剂,得到良好的抗甲醇性能和稳定性。（2）基于二维层状Ti3C2材料衍生的Ru/Ti3C2氢氧化催化剂活性的研究。钌与铂拥有类似性质,钌拥有理想的价格,使其成为HOR催化剂的潜在替代品。然而金属钌易被氧化,不能单独作为HOR催化剂。MXene是一个新的二维材料家族,具有大的比表面积,良好的亲水性,导电性和稳定性,丰富的表面化学性质,在电化学过程中引起了人们的极大关注。于是利用MXene材料的丰富的表面化学和二维特性作为载体修饰钌,以提升钌基催化剂的活性及稳定性。在二维层状Ti3C2载体,加入Ru Cl3溶液,500℃下氢气还原合成出Ru/Ti3C2氢氧化催化剂。通过SEM等物理表征对催化剂进行分析,Ru成功的负载到二维层状Ti3C2载体。CV,LSV电化学方法对催化剂的氧还原活性进行探索,二维层状Ti3C2载体没有氢氧化活性,加入20%Ru后显示较优的氢氧化活性。