由于传统化石能源的不可持续性,清洁可持续的电能受到更多的重视。化学电池可以将化学能直接转换为电能,具有安全、清洁、高能量转换效率等优点。其中,锌-空电池因其体积小、无污染、理论能量密度高的优点,被视作新一代能量储存和转换装置。但是锌-空电池也面临阴极氧还原反应（ORR）动力学缓慢的问题,因此,寻求高活性和稳定性,低成本的ORR催化剂,是实现锌-空电池大规模应用、解决能源短缺问题的关键。同时,传统化石能源的消耗导致二氧化碳（CO2）气体大量排放,进而加剧温室效应,这使人们开始致力于降低大气中CO2浓度。利用清洁可持续的电能,进行二氧化碳还原反应（CO2RR）,实现CO2的电化学转化,被认为是遏制温室效应最有前景的方法之一。但因CO2的化学反应惰性,故需要催化剂来实现CO2RR。过渡金属酞菁（MPcs）具有典型的M-N4-C结构,过渡金属中心未被充满的价层d轨道使其可以自由得失电子,因此被作为多种电催化反应的活性中心。然而,MPcs极易聚集而且M-N4螯合大环的导电性较差,导致ORR和CO2RR电流密度较小。将MPcs分散耦合在碳纳米材料（CNMs）上,可以充分暴露M-N4-C活性位点,这使ORR和CO2RR的电流密度增大,然而材料的本征催化活性并未提升。可以引入缺陷来改变CNMs基底的结构进而优化过渡金属中心的电子环境,提升催化材料的本征活性。本文通过简单的氮原子掺杂和去除,制得缺陷石墨烯（DG）。利用石墨烯缺陷位点和过渡金属中心的直接化学、电子耦合及π-π堆积作用,制得MPcs/DG复合材料,并用作ORR和CO2RR催化剂。具体研究内容如下:（1）通过理论计算证明,石墨烯585缺陷位点向酞菁铁（FePc）进行电子转移,在活性Fe位点形成富电子区域,高密度电子进一步提升Fe原子的d带轨道,使其d带中心由-0.87 eV提升至-0.57 eV,这有利于O2分子在活性Fe位点的吸附和反应。基于此,将单层分散的FePc耦合在缺陷石墨烯上,制得FePc/DG复合材料。电化学性能表明DG基底显著提升FePc的ORR本征催化活性,起始电位由FePc的0.87 V vs.RHE正移至FePc/DG的0.98 V vs.RHE。此外,FePc/DG的半波电位为0.90 V vs.RHE,优于商业Pt/C催化剂（0.86 V vs.RHE）。此外,该材料具有优异的稳定性,DG和FePc之间的强化学和电子耦合作用,使得FePc分子难以重新聚集,催化反应中活性位点不受损失。（2）基于CoPc和DG芳香环的π-π堆积作用,以及Co金属中心和石墨烯缺陷位点的直接化学和电子耦合,将单层分散的CoPc耦合在缺陷石墨烯上,制得CoPc/DG复合材料。CoPc/DG催化CO2RR过程中,CO法拉第效率在-1.08 V vs.RHE达到94%,而H2法拉第效率仅为5%。经过11000 s的连续催化反应,CO法拉第效率仍保持为93%。石墨烯缺陷位点和Co金属中心的直接化学和电子耦合使CoPc/DG催化剂保持Co单原子活性位点,这使CoPc/DG复合材料成为高活性、高选择性及高稳定性的CO2RR催化剂。