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氢燃料电池以氢气作为燃料,不仅能量密度高,而且可真正做到零污染,因而被认为是理想的便携式能源装置之一。近年来,针对氢燃料电池的研究虽然取得了较大的进展,但要真正实际应用仍然面临着众多挑战,其中,氢源问题和成本问题是制约其应用的最主要因素。目前,对氢源来说,最佳的制氢方式是电解水,但该方式严重受制于阳极氧析出反应的高过电位;此外,相比阳极氢气的氧化,阴极氧还原反应的动力学过程非常缓慢,为匹配阳极反应,当前必须使用贵金属铂作为催化剂,从而加重了燃料电池的成本。显然,要克服上述两个瓶颈问题,关键在于寻找高效价廉的氧电极催化剂。近年来,虽然许多潜在的催化剂已被研究报导,但它们离燃料电池商业化的要求标准（譬如:活性、稳定性、制备成本等）仍然还有着一定的距离。因此,进一步优化或开发高效的氧电极催化剂依然十分必要。本论文的研究正是围绕燃料电池氧电极催化剂这一挑战性课题而开展,重点探索了利用配位策略来实现对高效氧电极催化剂的设计制备及优化,具体研究内容及取得的进展概述如下:1.类框架配位化合物具有高度有序的结构、大的可接触比表面积和易于调节的活性金属中心,是一类非常潜在的高效催化剂材料。本论文首先以预氧化的泡沫镍作为镍源,以K4Fe（CN）6为配体,在泡沫镍基底上原位合成了类普鲁士蓝(NiFeII-PBA)框架配位化合物,并通过采用盐封装的限域热处理策略对NiFeII-PBA的结构和表面组成进行优化调控,系统研究了不同热处理条件对NiFeII-PBA析氧电催化性能的影响。研究发现,利用泡沫镍作为基底不仅可以提供高效的导电网络,而且通过其自牺牲提供镍源,可保证原位生长的NiFeII-PBA和导电基底有紧密的接触而不需要额外的粘结剂;而经由适当的限域热处理,不仅可以调变NiFeII-PBA纳米晶体的结构使其方便活性物质的扩散传输,而且还可以诱导其形成丰富的活性表面。详细的物理表征和电化学测试表明:400℃下的限域热处理是最佳条件,在该条件下处理得到的样品展现出了最佳的析氧电催化活性和稳定性,当其获得50 mA/cm2的析氧电流时,需要的过电位仅为285 mV,这一结果甚至优于商业化的RuO2贵金属催化剂。2.受上述配位化合物优秀催化性能的启发,本论文首次尝试了利用金属离子和鸡蛋膜中氨基酸的氨基配位,并通过碳化处理来制备金属和非金属共掺杂的高效碳基氧还原催化剂。研究发现,生活废料鸡蛋膜可以很容易的吸附金属离子并与之配位,而且由于鸡蛋膜中含有丰富的非金属元素譬如氮、硫,以其作为碳源可直接实现杂原子的掺杂,而不需要额外的气氛处理。此外,本论文的研究还表明,过渡金属离子譬如Co2+、Fe2+以配位的形式掺杂到鸡蛋膜中,这种配位作用能起到对金属离子的锚定作用,这不仅可以有效防止金属活性中心在碳化过程中的团聚,还可以促成碳以壳层的形式包裹在金属外层,进而有利于提升催化剂的抗蚀性能。进一步的电化学测试表明,该催化剂对氧还原反应展现出优良的催化活性,在0.1 M KOH溶液中,催化氧还原反应的起始电位达到0.94 V,半峰电位达到0.83 V,同时也展现出了良好的循环稳定性。