锌空气电池具有高稳定性,低成本和良好的安全性等优势,但是其受限于空气电极氧还原反应缓慢的动力学过程,常需要使用贵金属催化剂进行催化,但贵金属催化剂成本高,储量稀少、耐久性差,限制了锌空气电池的商业化的发展。碳基材料廉价易得,且结构易构筑,在电催化领域备受关注。碳材料一方面可提供反应活性位点,直接用于电催化。另一方面,可作为载体,通过与杂原子掺杂来提升电催化性能。在碳基催化剂的合成与应用中,组分调控和形貌设计已经成为具有重大意义的热点课题。本文以提升氧还原反应（ORR）催化效率为目标,分别以碳材料作为催化剂和载体,通过改变掺杂原子的种类与方法,围绕碳基催化剂的组分调控,结构设计与性能测试进行了以下三个方面的研究。1.从分子结构出发,通过对N物种的精准调控,设计并合成了具有高活性位点的聚合物分子（CN）。该材料经过高温碳化后展现出优异的ORR催化性能以及优秀的电化学稳定性。将碳化后的CN-800作为空气电极催化剂在锌空气电池中使用,在恒电流测试过程中,电池能够稳定持续放电95 h,高于商业化铂碳（Pt/C）。2.利用溶剂热法合成空心碳球（HCPs）,反应过程中利用N与过渡金属Fe配位,得到N掺杂的空心碳球。经过高温碳化处理后,转变成石墨包裹的Fe3O4纳米颗粒的氮掺杂碳纳米球（Fe3O4/N@HCPs-800）,催化剂显示出优异的ORR催化性能和稳定性,通过对活性位点的探究,证明了Fe3O4是催化剂的主要活性位点。将催化剂用于锌空气电池测试,持续放电105 h,展现出极为优秀的长时间放电稳定性,性能优于商业化Pt/C,具有一定的应用前景。3.通过Fe Cl3将吡咯氧化聚合成聚吡咯纳米粒子,所得产物高温碳化后得到N掺杂的碳纳米粒子（Fe3O4@N-C）。催化剂具有较高的ORR催化活性,通过盐酸刻蚀实验,证实了Fe3O4是催化剂的主要活性位点。将Fe3O4@N-C作为锌空气电池催化剂,持续放电140 h,高于商业化Pt/C的放电时长。