锌-空气电池因其成本低、安全、环保和比能量密度高而被认为是下一代能源存储设备的候选者。氧还原反应（ORR）是可充电锌-空气电池的阴极上发生的一个关键反应。因为ORR反应涉及多电子转移,机理比较复杂,同时动力学过程比较迟缓,因此,设计具有高动力学活性和耐久性的ORR电催化剂是提高能量转换和存储装置效率的关键。迄今为止,铂族贵金属（PGM）已被用作ORR反应的基准电催化剂。但由于铂族贵金属电催化剂储量少,价格昂贵等原因,使得锌-空气电池的商业化受到影响。单原子电催化剂（SACs）被认为是一种可以取代PGM的高效电催化剂。本论文以金属-氮-碳（M-Nx-Cy）构型的SACs电催化剂为研究对象,通过构筑多孔结构以及孔边锚定的单原子活性位,调控中心金属原子的配位环境,从而获得高活性和高稳定性的SACs,最后探究合成的SACs在锌-空气电池中的应用。主要研究内容如下:（1）介绍了一种简单的溶胶-凝胶封孔策略。首先,采用KOH刻蚀,合成富含多孔结构的碳球。然后利用含Ru3+和Zn的凝胶进行孔隙密封。通过热解方式获得了富含边缘缺陷锚定的Ru SAs。凝胶中的Zn2+可以有效的防止热解过程中Ru原子的团聚。构筑的碳基多孔结构不仅可以提供丰富的Ru SA锚定位点,同时还提高了位于边缘处的Ru-N4活性位点的暴露几率。因此合成的SACs具有优异的电催化活性和稳定性。密度泛函理论（DFT）的计算表明:多孔结构不仅可以调控Ru SA的配位方式还可以有效的优化ORR中间产物的吉布斯吸附自由能,从而提高ORR性能。（2）以富含羟基的并且具有大比表面积的多孔碳球为模板,NH4Cl为氮源和造孔剂,Cu Cl2为金属源,在高温热解条件下合成了多孔的、高性能的ORR单原子电催化剂:Cu SAs@DCSs。富含羟基的多孔碳球可以显著提高金属离子的负载量。NH4Cl作为杂原子N源以及刻蚀剂显著增大了碳基底的比表面积以及孔隙度,该方法显著提高了孔边缘锚定的Cu-N4单原子活性位的数量。在较低的催化剂负载量下,Cu-SAs@DCSs具有较大的起始电位（1.02 V）,半波电位（0.9 V）和极限电流(6.1 m A cm-2)。以Cu-SAs@DCSs作为空气阴极组装的锌-空气电池具有优异的功率密度和充-放电循环稳定性。该研究表明丰富的孔边缘锚定的Cu-N4活性位、良好的物质传输能力是ORR性能提高的主要原因。