铂催化剂是目前最常用的燃料电池阴极氧还原反应催化剂，但其价格高昂且易因中毒而失活，极大地阻碍了燃料电池的商业应用。最近，氮掺杂碳纳米材料被报道在碱性介质中具有与铂催化剂相当的活性和更好的稳定性，且其价格低廉，是最有希望替代铂作为氧还原反应催化剂的一类新型材料。但是氮掺杂碳纳米材料在酸性介质中的催化氧还原活性并不理想，因此开发在酸性条件下具有较高催化氧还原活性的新型催化剂，具有重要意义。本论文利用同轴静电纺丝技术制备出同轴复合纤维，随后在N₂或NH₃中对其进行热处理得到氮掺杂碳管，并采用浸渍三氯化钌水溶液和混纺草酸铁的方法对其进行进一步改性，得到了在酸性条件下具有较高催化氧还原活性的氮掺杂碳管。采用SEM、TEM、XPS、XRD和Raman等表征手段对样品的形貌、结构、成分和石墨化程度进行了较为系统的表征测试；利用循环伏安和旋转圆盘电极等电化学方法测试了样品在酸性条件下的催化氧还原活性。首先，研究了以PAN/DMF溶液或PAN与PVDF的混合溶液为外层溶液，二甲基硅油为内层溶液，利用同轴静电纺丝技术制备同轴复合纤维，并对纺丝参数进行了优化，发现外层溶液是配比为3:10的PVDF/PAN混合溶液时，较有利于同轴复合纤维的形成。随后分别利用N₂和NH₃对预氧化同轴纤维进行碳化处理，制得多孔氮掺杂碳管。在通氧饱和的0.5mol/L H₂SO4溶液中进行电化学测试，发现用NH₃进行热处理得到的样品的催化氧还原活性更好，这可能与NH₃刻蚀碳管表面，促使更多的边缘片层暴露出来有关。为了促进NH₃对碳管的刻蚀，考虑引入对NH₃分解具有显著催化作用的金属Ru。因此，本论文利用等体积浸渍RuCl₃水溶液的方法在氮掺杂碳管表面负载Ru纳米颗粒，再用NH₃或H₂/N₂混合气对其进行热处理。发现所得碳管的内外表面上不仅载有大量的Ru纳米颗粒，而且还有大量的孔洞结构分布在这些Ru颗粒附近。这些孔洞结构可能是由Ru催化H₂、N₂合成或催化NH₃分解产生的NH、NH₂等活性自由基基团对碳管表面产生强烈的刻蚀作用造成的。本论文着重研究了浸渍前对碳管进行酸化处理、Ru颗粒的负载量以及浸渍后不同的热处理气氛对制备的负载钌氮掺杂碳管的催化氧还原活性的影响，发现酸化处理、提高碳管表面Ru物种的负载量以及在NH₃中进行热处理都可以有效提高其催化氧还原活性。氮掺杂碳管负载金属钌催化剂虽然具有一定的催化氧还原活性，但是其催化活性仍不能满足实际需要。在碳材料中引入铁元素可以有效提高其催化氧还原活性，所以考虑在PVDF/PAN的混合溶液中掺入适量草酸铁，以其作为外层溶液，二甲基硅油为内层溶液进行同轴静电纺丝制备同轴复合纤维，随后在NH₃气氛中对其进行碳化处理，以期获得含有铁物种的氮掺杂碳管。主要研究了混纺草酸铁的浓度对最终制得的氮掺杂碳管的催化氧还原活性的影响，发现氮掺杂碳管的催化氧还原活性随着草酸铁浓度的增加而提高。