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燃料电池是高效清洁的能量转化装置,然而其阴极氧还原反应（ORR）动力学缓慢是影响燃料电池效率的关键因素,因此需要高效的催化剂来加快ORR反应。目前商业Pt基电催化剂在催化ORR方面表现出优异的活性,但贵金属Pt的稀缺性和高成本限制了其在燃料电池领域的大规模应用。相比较而言,非Pt基贵金属以及无金属催化剂,因其具有大的比表面积和强稳定性近来受到了广泛重视。对于无金属碳基催化剂,一般通过杂原子（如N）掺杂来调变碳原子的电子云分布,以创造更多的催化活性位点,然而N掺杂通常会破坏碳材料的sp2结构,严重损害了碳基材料的导电性,降低了催化活性。因此创造丰富氮掺杂的活性位点,且同时具备高导电性的碳基ORR催化剂仍是亟待解决的问题。因此,本论文以高稳定性、高催化活性的ORR基催化剂设计制备为研究目标,通过碳基纳米材料的复合及不同形态非金属负载,实现高效的电催化ORR反应。研究内容如下:（1）在氧化碳纳米管（OCNT）上原位生长介孔酚醛树脂微球（mPF）,获得碳纳米管支撑（mPF@OCNT）复合物。以该复合物为前驱体,以三聚氰胺为氮源,经过一步热解方法制备得到氮掺杂的具有等级多孔结构的碳纳米管支撑的介孔碳球复合物（N-MCN@CNT）。该复合物拥有较高的比表面积、丰富的孔径结构以及优良的导电性,在碱性电解质中N-MCN@CNT催化剂表现出了卓越的氧还原催化活性,其中起始电位(Eonset)和半波电位(E1/2)分别达到约-65和-192mV,接近于商业Pt/C催化剂,是四电子转移催化反应过程。N-MCN@CNT催化剂在具备良好的ORR催化活性的同时还表现出了长时间循环稳定性和良好的甲醇耐受性,优于商业Pt/C催化剂。（2）在上述工作的基础上,以mPF@OCNT为前驱体,通过微孔吸附法分别吸附过渡金属离子Fe3+和Co2+,在三聚氰胺共混的条件下通过热解制备得到过渡金属负载型氮掺杂多孔碳基（Fe/N-MCN@CNT和Co/N-MCN@CNT）复合物催化剂。两种金属氮掺杂复合物催化剂保留了N-MCN@CNT中的高比表面积、等级多孔结构和高的导电性,同时在碳骨架中引入高活性的金属-N活性物种进一步降低ORR反应的起始电位。电化学研究结果发现:Fe/N-MCN@CNT的起始电位和半波电势分别为-15和-134mV,Co/N-MCN@CNT的起始电位和半波电势分别为-46和-141mV,这些可以和商业Pt/C（-19mV,-126mV）相媲美。并且通过RRDE和K-L曲线计算,两种催化剂ORR反应过程均属于四电子转移催化反应过程。另外,该非贵金属负载的碳基催化剂具有良好的催化稳定性（经过1000次的循环稳定性测试后半波电势仅仅向左偏移了6mV）。（3）采用MCM-22分子筛为硬模板,蔗糖为碳源,通过硬模板法制备出介孔石墨烯片（MGN）,并且采用简单的化学还原法将小尺寸的Pd Cu合金纳米粒子稳定负载在碳载体（MGN）上形成Pd3Cu1/MGN催化剂。Pd3Cu1/MGN具有由超薄纳米片交织而成的的3D多孔网络结构,其具有高的比表面积。该Pd3Cu1/MGN催化剂表现出优异的氧还原活性,其催化在ORR反应中H2O2产率低。另外,由于分散的小尺寸合金负载和分子筛模板的多孔碳结构的协同作用,该Pd3Cu1/MGN催化剂在甲醇电催化氧化反应（MOR）中也表现出良好的催化活性,其中质量活性为1.19 A/mgPd是商业Pd/C催化剂的2.76倍。