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N掺杂石墨烯具有表面积大、导电性好、稳定性强以及低成本的特点，因此被视为下一代燃料电池氧化还原反应的理想催化剂。然而，与传统观点不同，石墨烯催化剂的催化活性较其他碳基催化剂差。其主要原因是石墨烯催化剂的催化机理不够明确，这也限制了高性能催化剂的设计。为此，我们展示了在很大范围内亥姆霍兹外层平面第一个电子转移到氧气分子中的过程。这也和传统观点形成鲜明对比，传统观点认为，氧气的吸附一定要在ET这步完成之前，因此活性位点必须对氧气有一定的束缚性，所以活性位点在金属催化剂表面。基于ET-OHP机理，氧化还原催化活性主要受电极电势的位置决定。因此，我们证明了电极电势可以通过减小石墨烯的尺寸或减少金属杂质的含量来提高，从而提高氧化还原反应的催化活性。此外我们还对从片层(二维)到带(一维)再到点(零维)石墨烯的物理化学性质进行了研究。紫外光电子能谱显示，随着石墨烯催化剂维数的降低电势增加，据此推断，增强了电子从石墨烯催化剂到O2的动力学(电势：0D＞1D＞2D)。然而，氧化还原反应并没有遵循电势的这一顺序，在制备的石墨烯催化剂中，石墨烯纳米带显示了最好的活性(氧化还原活性：1D＞0D＞2D)。此外，电化学阻抗的研究结果显示，氧化还原反应的动力学主要受石墨烯电极中电荷转移速率的影响这和电极的配置密切相关，也受石墨烯催化剂的长宽比影响。这也表明孔隙电极在制造石墨烯电极中的重要性，而之前并未被被视为石墨烯催化剂提高氧化还原反应的一个因素。