随着人类对能源需求量的急速增长,绿色能源和可再生能源技术的发展速度加快。燃料电池是一种可以把化学能转换为电能利用的转换装置,特点是清洁、高效、环境友好,有望成为新一代交通工具的重要替代电源。然而,在燃料电池的使用过程中,阴极的氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）是一个可逆性低、动力学速度较慢、过电位高的过程。因此,需要一种高效的催化剂来促进ORR的转化效率。目前,商用Pt基催化剂因其对ORR的优良催化性能而得到了广泛的应用,但Pt的成本相当昂贵,阻碍了其应用,且长期运行稳定性较差。因此,研究制备高效、低成本的炭基催化剂已成为研究热点之一。生物质资源具有原料种类丰富、来源广泛、成本低等优势,是炭基催化剂的良好前驱体。然而,在生物质基炭材料的制备过程中孔结构的精细调控仍然具有挑战性。本文选取酒糟（distiller’s grains）为原料,通过氧气活化,采用一步热解法制备酒糟生物炭。通过改变氧气体积浓度、活化时间等工艺参数,得到不同结构的生物炭,探究氧气活化对结构的调控规律。进一步通过电化学测试,分析氧气活化对生物炭ORR性能的影响规律,获得高效的酒糟炭活化方法。最后通过不同的原料,验证该方法的普适性。本论文具体研究工作内容如下:（1）首先,以酒糟为原料,热解气氛分别为不同体积浓度比的氮气与氧气的混合气,热解温度为900℃,活化时间为2h,在管式炉中一步热解法制备酒糟生物炭。获得最佳氧气体积浓度为5%,在此活化条件下,得到的酒糟生物炭C5的比表面积最高(858.17 m~2g-1),微介孔结构更丰富(微孔面积为571.90 m~2g-1),吡啶氮和石墨氮的总含量也最高（61.92%）,缺陷度更高,ORR活性位点数量也更多,正是这些特征之间的协同作用,促使C5具有优异的ORR性能。（2）其次,在得到最佳氧气活化浓度后,进一步研究氧气活化时间对酒糟生物炭表面形貌、孔径结构以及ORR性能的影响。热解温度为900℃,热解气氛为95%的氮气和5%的氧气的混合气氛。当氧气活化时间由1h增加到2h时,酒糟生物炭的比表面积随活化时间的增加而增大,由2h增加到3h时,比表面积随活化时间的增加而减小。此外,随活化时间的增加,微介孔结构也先增多后减少。这主要是因为在氧气活化过程中,活化时间为1h时,氧气活化作用时间偏短,活化不充分、造孔不完全,生物炭表面并未完全形成通孔,导致生物炭的比表面积不高,构建的多孔结构不理想;活化时间为3h时,氧气活化反应时间偏长,导致过度氧化,使形成的多孔结构烧蚀坍塌,比表面积减小。另外,氧气活化时间也会影响吡啶氮与石墨氮的含量,促使更多的氮以有利于提高ORR活性的吡啶氮与石墨氮的形式存在酒糟生物炭中,促进选择高效的4e-反应途径。因此,得到了氧气活化酒糟热解制备高性能生物炭的最佳工艺条件为:热解温度900℃,热解气氛为95%氮气和5%氧气,活化时间为2h条件下制备的酒糟生物炭具有最好的ORR活性,对应的MFCs的最高输出电压为469mV,最大功率密度为738.7 mW m-2。（3）最后,分别以玉米秸秆、棉花秸秆、矮象草3种木质纤维类生物质为原料,在最优氧气活化工艺条件下热解制备得到了性能优异的氧气活化生物炭,相对于氮气热解制备得到的生物炭,引入氧气进行活化制备得到的生物炭具有丰富的微孔、高的比表面积,氧气在碳骨架上刻蚀形成更多的缺陷和活性中心,应用到酸、碱和中性电解液中均表现出优异的ORR性能。这种氧气活化法可作为一种具有普适性的制备方法,以自然界中广泛的生物质为前驱体,制备低成本、高效的ORR催化剂,代替Pt基催化剂积极推动燃料电池早日实现商业化。