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氧还原反应(ORR)作为燃料电池反应中的重要一步，其动力学过程受到氧的吸附阻力，O-O键的活化与断裂和反应产物从电极上解离的影响而非常缓慢。目前市售的铂基ORR催化剂一直存在低电子转移率，低稳定性和低选择性的问题。本论文致力于通过具有超高电化学潜力的石墨烯气凝胶为催化剂载体负载非贵金属化合物，制备了新型花瓣状V3S4/石墨烯气凝胶复合材料，该催化剂主要有以下优点:(1)纳米尺寸花瓣状结构的V3S4具有非常大的比表面积和丰富表面缺陷，可以为ORR反应提供大量活性位点;(2)具有强共价性的V-S键和过渡金属钒原子外丰富的空余d轨道有利于吸附在材料表面的氧气分子中的氧氧键断裂;(3)多孔石墨烯气凝胶载体的网状孔道结构提供了连续的导电网络和氧还原反应空间。催化剂载体设计是提高催化剂活性的有效途径之一，本论文研究了碳纳米纤维/石墨烯气凝胶复合材料的结构设计，得到了具有优异电化学性能的载体材料，该结构的优点有:(1)石墨烯气凝胶内壁上的大量碳纳米纤维为其提供了大量催化剂负载位点;(2)优秀的导电网络结构和结构稳定性;(3)可应用于多种体系反应中。最终得到以下结论: (1)成功制备了新型花瓣状V3S4/石墨烯气凝胶复合材料，该材料运用于氧还原反应中被证明具有十分卓越的ORR催化性能，可以提供3.97的每分子氧还原平均电子转移数，9.5mA cm-2的氧还原动力学电流密度，高耐甲醇性与高稳定性。 (2)阐明了水热反应中过饱和V3S4湍流条件下在石墨烯气凝胶上的生长机理，通过该简单有效的制备方法可进一步运用到其他催化剂载体的研究中。 (3)探索了碳纳米纤维/石墨烯气凝胶的合成条件，对其微观结构进行优化，得到了具有不同微观结构，更高物化性能以及结构强度的碳纳米纤维/石墨烯气凝胶复合载体材料。具有进一步研究价值。