直接甲醇燃料电池（DMFCs）是一种质子交换膜燃料电池,具有能量密度高、效率高、清洁度好、在常温下液体甲醇易于储存和输送等优点,因而在清洁能源发展中越来越受到人们的重视。催化剂是影响直接甲醇燃料电池性能的关键要素,但由于其高成本、易中毒失效、低催化活性密度等问题使催化性能很难提高到工业标准。因此,探索开发价格低廉、高活性和稳定性的催化剂是近年来电催化主要研究方向。本论文首先以甲醇电化学氧化反应为例,研究Au@C催化剂催化性能。我们通过直流电弧放电等离子体法,在甲烷气氛下电弧放电蒸发Au金属,仅需一步合成了具有核壳结构的Au@C催化剂。将3～5 nm纳米金簇局限于超薄、高缺陷密度的石墨壳层内,构造纳米尺度的核@壳耦合结构,不仅可以提高电导率,增大在甲醇氧化过程中离子、电子的渗透率,而且抑制金核团聚、长大,从而有利于提高电催化稳定性。更重要的是,利用Au/C异构界面电子效应增加活性位点密度,从而进一步提高催化剂电催化效率。碳化钨（WC）已被证明在催化反应中具有类似金属Pt的性质,并提出在替代贵金属催化剂方面有着很好的应用前景。在以上研究基础上,本论文以氧还原电催化反应为例,进一步研究WC@C催化剂的催化性能。我们通过具有液氮冷却系统的直流电弧等离子体设备制备了最小平均尺寸为1.9±0.9 nm的碳化钨催化剂,其由高密度的单原子W、亚纳米和纳米级别的WC簇组成,且被完全包覆在高缺陷石墨层中,形成具有核壳结构的WC@C催化剂。通过电化学测试,WC@C电催化氧还原过程以四电子为主,具有较好的电催化活性与稳定性。因此这些优点使WC@C催化剂为非贵金属催化剂研究提供了新的思路。