本研究以石墨粉为主要材料，聚四氟乙烯（PTFE）为粘结剂和疏水剂，制备了石墨/聚四氟乙烯气体扩散电极，开展了电化学性能研究及应用研究。采用TG-DSC和BET表征了电极的结构；分析了溶液初始pH值、阴极电流密度、电解液浓度、电解质类型和反应温度对过氧化氢（H₂O₂）生成性能的影响；采用电化学阻抗谱技术，开展了阴极氧还原机理研究；通过密度泛函理论（DFT）研究了石墨表面氧吸附及还原机理；开展了阴极氧还原处理橙黄Ⅱ染料废水的研究，分析了溶液pH值、电解液浓度、染料浓度及亚铁离子(Fe²⁺)添加量对橙黄Ⅱ染料脱色效果的影响；并开展了该电极在微生物燃料电池（MFC）中的应用研究。TG-DSC和BET结果表明石墨/PTFE气体扩散电极具有较好的热稳定性和良好的微孔结构。电化学生成H₂O₂性能研究结果表明，溶液pH值和阴极电流密度对电化学生成H₂O₂的影响较电解质类型、反应温度和电解质浓度显著，当电解液初始pH值为3，电流密度为3mA/cm²时，H₂O₂的生成量为438.9mg/L。交流阻研究结果表明，随着电流密度的增大，双电层电容有所增大，说明电化学活性面积有所增加；而吸附电容的增加与吸附电阻的减小，说明氧及含氧中间产物的吸附阶段是氧还原反应速率控制阶段；具有感抗特性环的出现表明氧的还原反应至少包括两个电化学反应过程。应用密度泛函理论分别探讨了酸性介质和碱性介质中氧还原生成H₂O₂的反应机理，结果表明，酸性介质中，吸附于石墨表面的氧分子首先得到两个电子生成HO₂-，然后再与一个H+结合生成过氧化氢分子，且反应能为负值，为放热反应；碱性介质中，氧分子还原生成H₂O₂可经由两种路径，即吸附于石墨表面的氧分子直接得到两个电子与水反应生成HO₂^-再与H⁺结合生成过H₂O₂和氧分子首先得到一个电子生成O₂-，再与水反应生成HO₂^-再与H⁺结合生成过H₂O₂，且两个反应过程同时发生，两个反应的反应能均为正值，为吸热反应。阴极氧还原处理橙黄Ⅱ染料废水的应用研究结果表明，当橙黄Ⅱ溶液浓度为100mg/L，溶液pH值为2时，其去除率为89.9%，随着电解液浓度的增加其去除率增大；随染料初始浓度的增加其去除率减小；加入Fe2+可以提高橙黄Ⅱ的去除率，当Fe²⁺添加量为0.1mM，反应110min后染料废水去除率为92.8%。当石墨/PTFE气体扩散电极在MFC中做阴极时，MFC的输出电压可以达到0.219V，阳极室内COD的去除率可达到57.67%。可见在废水处理中，如果能够将阴极氧还原反应与MFC很好的结合使用，具有潜在的应用前景。