现如今在人类社会出现的能源危机与环境问题以及在新一代能源存储与转换器件不断迭代的社会大背景下,以多孔碳基过渡金属催化剂材料为主的锌-空气电池得到了人们的广泛关注与社会的大力支持,符合我国发展清洁绿色新能源的要求,其主要优势在于原材料取材广泛、成本低、能量密度高、稳定性好等。锌-空气电池的反应动力学主要取决于氧还原（ORR）反应和析氧反应（OER）,这在空气阴极电催化性能发挥方面表现了至关重要的作用。然而,ORR与OER的电催化反应活性较低一直是其发展的主要瓶颈,阻碍了锌-空气电池的商业化进程,它的催化反应机理比较复杂,受到催化剂种类、表面结构以及催化剂颗粒团簇之间相互作用的影响。一直以来,相关领域研究者通过精心设计催化剂的结构、提高载体与活性位点之间的相互影响来构建高效的多功能催化剂,用在锌-空气电池中取得了良好的效果。基于此,本文探索改良了杂原子掺杂多孔碳基过渡金属复合材料作为多功能催化剂应用于锌-空气电池中,主要研究内容与结构如下:（1）首先以二甲基咪唑作为金属有机配体,Zn2+与Co2+作为过渡金属源合成了尺寸大小适宜的3D ZIFs材料。利用以上制备的3D ZIFs材料并加入铁盐、钴盐以及聚丙烯腈（PAN）制备了均一的静电纺丝前驱体溶液,然后通过调节合适的电纺参数进行静电纺丝过程,获得直径均匀且孔径适宜的复合纳米纤维薄膜。最后在合适温度下进行的碳化热解过程获得了一种N掺杂/多孔碳纳米复合材料,其表面含有大量两种大小尺寸不同的金属纳米颗粒:较小的纳米颗粒含有丰富的具有ORR活性的金属-N活性位点,较大的纳米颗粒含有具有OER活性的高价态金属活性位点,两种类型活性位点之间通过协同作用一起促进双功能催化效能。与商业Pt/C或者Ir O2相比而言,这种ZIF诱导的N掺杂/多孔碳纳米复合材料的ORR过程中半波电位为0.89 V,OER中在10 m A cm-2时的电压值仅为1.62 V vs.RHE。将这种复合电极材料作为电池正极催化剂组装成锌-空气电池后,在10m A cm-2电流密度下能稳定循环1256次以上,功率密度最高能达到115 m W cm-2。（2）首先通过简单的方法设计了一种N/S共掺杂的多孔碳基过渡金属复合催化剂,主要实验思路是:通过简单的一步水热法合成形状与尺寸大小均一的ZIF-8材料,在一定溶剂中ZIF-8作为模板材料均匀吸附溶液中的Co2+和Fe3+超组装形成了Zn FeCo-ZIF材料。随后在适宜温度下的热解过程形成了大量均匀分散的Fe-N、Co-N以及FeCo合金活性位点,再以硫脲作为硫源进行的硫化过程中进一步改变多孔碳骨架材料的电子结构,形成更多供活性位点吸附的缺陷,而且在高温过程中还生成Co9-xFexS8,,它对于提升这种多孔碳基过渡金属复合催化剂的多功能催化活性具有关键作用。在电催化测试中,ORR进程中半波电位是0.97 V,在10 m A cm-2下OER过程中电压值仅为1.64 V vs.RHE,HER进程中电压值仅为225 m V vs.RHE,作为电极材料用于锌-空气电池时,在10 m A cm-2电流密度下稳定循环超过70小时,功率密度达到了134 m W cm-2,明显优于商业Pt/C与Ir O2。