质子交换膜燃料电池(PEMFCs)因其高效的能源转换率、低温操作、零污染排放等优点对于解决“能源短缺”和“环境污染”这两大世界难题具有重要的意义。燃料的电池的关键技术之一是提高阴极氧还原反应(ORR)的电催化剂活性。众所周知,Pt及Pt基合金催化剂是ORR有效的催化剂,但是由于价格昂贵、资源稀缺,大大限制了其在燃料电池领域的商业化应用。目前,研究经济、高效、稳定的氧还原反应阴极催化剂是国际上的研究热点之一。本文以廉价的非贵金属酞菁铁(FePc)及哑铃型棒状的Pt@Au合金为负载材料,均一分散地负载在吡啶炔环加成石墨烯(PyNG)上构成双功能协同电催化剂,并且进行了详细的表征和电化学性质测试,主要研究内容如下：(1)先以有机合成的方法制备了吡啶炔前驱体,接着在温和条件下制备了PyNG。电化学测试表明,该非晶格氮掺杂的石墨烯具有ORR活性。经XPS分析证明,氮型基团主要是属于非晶格掺杂的吡啶型氮(pyridine-N),这与吡啶炔环加成作用的机制有关。此外,密度泛函理论(DFT)计算表明PyNG的“外部”氮的邻位的C具有独特的电子性质,容易吸附OOH形成催化活性位。这为PyNG接下来作为活性载体负载金属构成双功能催化剂提供了理论基础。(2)将非贵金属酞菁铁(FePc)负载至PyNG制备了Fe-PyNG杂化材料催化剂。该Fe-PyNG电催化剂具有与Pt/C电极相近的起始电位且更高的最大电流密度,并且甲醇抗毒性与寿命稳定性明显优于商业的Pt/C,这些特征表明Fe-PyNG杂化材料具有应用作为燃料电池非金属阴极催化剂的潜力。该优异的电催化性能与pyridine-N和Fe离子之间的形成的价键及协同耦合作用有关。(3)先制备了具有棒状形貌的Au纳米棒,紧接着将Pt负载在Au纳米棒的两端制备了哑铃型的Pt@Au纳米棒(NRs)。最后,将Pt@Au纳米棒负载至PyNG上制备了Pt@Au-PyNG催化剂。该杂化材料催化剂在氧还原反应中表现出比商业Pt/C催化剂更加优异的电催化性能以及超高的甲醇抗毒性与寿命稳定性。这突出的电催化性能与Pt@Au NRs和PyNG之间的强耦合作用有关。本文以新颖、简单、高效的方法制备了金属/N掺杂石墨烯杂化材料,并作为低廉、高效、稳定的ORR催化剂,开启了制备不同类型金属/石墨烯功能催化剂的大门,在未来可以更加高效、广泛地应用在催化、电池、超级电容器等不同的领域。