各种sp2杂化碳材料有着不同的物化性质，因而在电化学领域有着不同的应用范围。弄清碳电极的表面结构与其电化学性质间的内在联系是界面电化学的一个重要的基础研究课题。　　 通常各种sp2杂化碳材料的本体结构有较大差别，但它们的基本结构单元均含有活泼的端面（edge plane）和惰性的基面(basal plane)，具有各向异性。当sp2杂化碳材料用作电化学电极时，电极表面存在两种可能的电子传导点，分别是端面点(edge site)和基面上的缺陷点（defect site on basal plane），后者也叫类端面点(edge-like site)，并且这两种点均与各类含氧功能基团相连。迄今，碳电极表面的一些共性关键问题尚未解决，主要包括：1）两种电子传导点的性质差异：2）表面结构尤其是电子传导点在表面的分布与本体结构间的内在联系；3）含氧功能基团的种类对电极表面动力学的影响规律。　　 从实验角度来讲，采用本体结构简单明确的碳材料制备成表面结构单一的碳电极是系统深入地调查碳电极关键问题的前提。理论上，由石墨烯平行有序堆砌成的高序热解石墨(HOPG，highly ordered pyrolytic graphite)和由石墨烯同轴无缝卷接而成的多壁碳纳米管都具有简单明确的本体结构，但又彼此不同，是研究上述问题的理想碳电极材料。但是，受电极制备方法所限，先前所采用的碳纳米管电极的表面实际上同时存在管的末端端面和侧壁基面。为此，我们首先合成了超长(~3 mm)碳纳米管阵列，再通过环氧树脂包覆以及抛光等方法，获得了仅露出碳纳米管末端端面的有序碳纳米管阵列电极(eAMWCNTs，edge-Alignedmulti-walled carbon nanotubes)，并按相同的方法制备了仅露出端面的高序热解石墨电极(eHOPG)。　　 本论文以eAMWCNTs电极为基础，开展了如下三个方面的研究探索：(1)碳电极表面结构与其本体结构间的内在联系。采用不同的电化学氧化活化方法在硫酸溶液中分别极化eAMWCNTs和eHOPG电极。结果表明：eHOPG的柔性本体结构容许SO42-可逆地嵌入和嵌出，不同方式极化后的eHOPG电极表而并未观测到明显的差异：相反，eAMWCNTs的刚性本体结构阻止了S042"夹层化合物的形成，电极表面因而在高阳极电位下被有效地氧化，并且不同的极化方式致使eAMWCNTs电极表面具有显著不同的性质和结构。通过调查铜/氯化钠氧化还原体系在不同电极表面的电化学行为，结合扫描电子显微镜(SEM)和拉曼谱学等方法，进一步研究了氧化后的eAMWCNTs电极表面。结果表明：循环电位活化改变了eAMWCNTs电极表面原有的结构，形成了碳氧化合物多层，降低了电极表面可发生铜还原反应的活性点密度；恒电位活化则可保持eAMWCNTs电极表面原有结构，并增加了其高活性点密度。　　 (2)碳基底电极表面对负载的金属铂(Pt)催化性能的影响。以eAMWCNTs和石墨烯为基础电极，通过电化学方法调控其界面，并采用电沉积方法获得尺寸均一的Pt纳米粒子，通过研究不同的碳载体界面与Pt纳米粒子电催化甲醇性能之间的内在联系，揭示了高氧化程度的碳材料作为基底电极不利于Pt纳米粒子的电催化的原因。通过在石墨烯上沉积Pt纳米粒子，在酸中进行腐蚀，揭示了Pt纳米粒子的脱落和溶解以及石墨烯的氧化导致了催化剂失活。　　 (3) eAMWCNTs电极应用于原位制备有机导电聚合物纳米线阵列。利用eAMWCNTs电极特殊的表面结构，在碳纳米管管端外延生长聚苯胺纳米线阵列。探索了不同的电化学聚合方法以及不同的支持电解质（H2SO4和HC104）的影响。采用循环伏安法在两种聚合溶液中均无法制备聚苯胺纳米线；采用恒电位方法，可以制备聚苯胺纳米线，但不能形成有序的纳米线阵列；采用恒电流的方法，以H2S04作为聚合溶液，则不能制备有序纳米线结构，但以HCI04作为聚合溶液，在高苯胺单体浓度下，可以制备出均一的聚苯胺纳米线阵列。