近年来,随着经济的高速发展以及对环境友好型资源的需求日益迫切,高电化学性能和催化活性的电极材料的研究蓬勃发展。在此背景下,燃料电池作为一种高效的发电装置,被公认为未来能源的最重要和环境友好的技术之一。此外,将二氧化碳（CO₂）还原为清洁能源具有重大的能源、环境和经济等多重现实意义。本文旨在研究多元非贵金属材料及其与碳材料复合物在燃料电池阴极催化氧还原反应（ORR）领域及其在电催化CO₂还原反应（CO₂RR）的电化学性能。主要研究内容如下:（1）采用简易的水热法制备用于电催化ORR的还原氧化石墨烯（rGO）负载一元和二元过渡金属（M）催化剂（M=Ni,Co,Cu,Fe）。多种表征手段证实金属纳米粒子分别成功地负载在石墨烯上,颗粒大小较为均匀,复合材料都具有一定的催化ORR性能。其中一元和二元复合材料中,Co/rGO和Co-Ni/rGO的氧还原电位更正,极限电流密度更大,且电子转移数稳定在4,其起始还原电位接近于0,电流密度和曲线斜率大于商用Pt/C电极,说明在一元和二元金属复合电催化剂中,Co/rGO和Co-Ni/rGO是两种有潜力的ORR催化剂。（2）采用固相热解法由钴盐和C₃N₄制备了Co-N/CNTs复合材料,考察了投料比和煅烧温度对复合材料的结构和电化学性能的影响。结果表明,在最佳投料比1:1、最佳温度800℃时,产物为均匀的氮掺杂碳纳米管负载钴纳米粒子的阵列形貌,有Co-N键的形成。所有产物都有ORR催化性能,其中最佳产物修饰电极的起始还原电位为-0.08V,与商用Pt/C电极接近,塔菲尔斜率更大,超过了Pt/C电极,电子转移数为3.8。同时该催化剂还显示出一定的催化CO₂RR性能,其还原产物是CO和CH₄气体。说明Co-N/CNTs是一种性价比较高的双功能复合型催化剂材料。（3）通过简单的水热法制备了CuO-CuCo₂O₄复合空心球纳米材料,通过对比可以发现,水热反应时间为4h时制得的复合材料的电化学性能最佳。其修饰电极在CO₂RR中起始还原电位最正,电流密度也为最高值,在N₂和CO₂气体中-0.76V（vs RHE）的工作电压下的电流密度分别达到18和11mA·cm^-2,其催化CO₂RR中所得的液体产物是乙醇,其法拉第效率为75.86%。