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过渡金属碳化物具有和铂类似的催化特性，在燃料电池领域，这些碳化物可作为活性组分、载体材料或者助催化剂。其中关于碳化钨（WC）和碳化钼（Mo2C）的研究最为活跃。实验表明WC或Mo2C可与贵金属产生“协同催化”作用，显著提高催化剂的活性与稳定性。然而，目前国内外在碳化物的制备合成方面还主要基于冶金炼制法，所得碳化物粒子尺度大，易于聚集，不适用于纳米级的催化反应。与此同时，有关碳化物纳米材料的设计合成、可控制备和性能预测还缺乏切实可行的手段，仍无法深入研究碳化物提高贵金属催化性能的本质。因此，怎么样能从设计的角度制备高效的碳化物材料，应用于燃料电池催化剂，以提高电池功率密度，降低成本，成为国内外研究者关注的焦点和发展新型低温燃料电池的必然趋势。本论文主要是基于对燃料电池催化剂“结构-性能”关系的理解，在晶态碳基材料上制备具有助催化作用的碳化钨和碳化钼材料。我们旨在综合两种功能材料的电化学特性，其中碳化物作为助催化剂与贵金属产生协同作用，而晶态碳材料用以提高电化学反应过程的电子输运特性。基于上述设计思想，采用两种不同的设计思路在晶态纳米碳材料上合成了小尺寸、高分散的碳化物。首先以商业离子交换树脂为碳源，采用“原位同步路线”设计并制备了碳化钼/石墨碳复合物（Mo2C/GC）。产物中Mo2C在石墨碳上均匀分散，粒径～10nm。负载Pt,Pd金属催化剂后，对甲醇、乙醇和甲酸电氧化都有明显的促进作用。该方法简单、实践操作性强、成本低，并且是一种对碳化物制备具有设计性和预测性的新方法。除此之外，我们以石墨烯作为晶态碳基底，在其上负载了小尺寸、高分散的WC粒子（粒径～5nm），负载Pt粒子后，Pt-WC/graphene催化剂对甲醇电氧化反应活性达到商业PtRu/C和Pt/C催化剂的1.92和4.52倍，电化学稳定性也最强，具有潜在的商业应用价值。进一步的实验表征和理论计算揭示了碳化钨与石墨烯之间强的共价作用是合成小尺寸、高分散WC的必要条件，而碳化物与铂之间的强作用又使得铂粒子易于外延生长在碳化钨上形成“Pt-WC”的紧密接触；同步辐射研究进一步证实了Pt与WC之间存在作用，并首次揭示了碳化钨对铂结晶的促进作用。这些工作使得我们对材料结构与电池性能的构效关系以及助催化材料与催化剂的协同作用有了更加深入的认识和理解。