燃料电池因环境友好、绿色高效等优势得到高度关注,但其阴极侧电催化氧还原反应缓慢,需要大量的铂基电催化剂加速其动力学反应速率。由于铂成本高昂、易毒化,很大程度地限制了燃料电池的商业化发展。因此,研究发展低成本、高活性、高耐久性的非贵金属电催化剂成为当今的研究热点。本论文选用含铁、氮、碳元素的金属卟啉作为前驱体,通过自组装将分子通过非共价键作用规则排列,实现结构到性能的优化,取得进展如下:(1)选用自然界中广泛存在且价格低廉的血晶素作为前驱体,采用水热驱动自组装的方法:通过140 ~oC的水热处理,血晶素在碳黑上进行自组装,6 h后均匀地担载在碳载体上,经过热处理得到具有石墨层空心结构的电催化剂750-SAHm/EC600。在碱性环境下,具有与商业铂碳相当的电催化氧还原活性(半波电位为0.89 V vs.RHE,开路电压为1.0 V vs.RHE)。在加速耐久性测试后,此电催化剂在0.8 V(vs.RHE)对应的电流密度值仅下降5.8%,具有优于商业铂碳(0.8 V vs.RHE对应的电流密度值下降40%)的稳定性。对传统血晶素基电催化剂的制备工艺进行优化,实现分子级别对活性位点密度的提升。与已报道的血晶素基电催化剂的电催化活性相比,此法制备的750-SAHm/EC600具有最优活性。(2)将直径为200 nm的聚苯乙烯纳米球分散于铁卟啉的醇水体系中进行旋转蒸发自组装处理,帮助铁卟啉的分散,聚苯乙烯纳米球在725 ~oC高温热解挥发造孔,增大材料的比表面积,得到海绵状非贵金属电催化剂725-30%FeTPyP+PS。碱性条件下半波电位为0.875 V vs.RHE,开路电压为1.047 V vs.RHE,与商业铂碳活性(半波电位为0.89V vs.RHE,开路电压为1.0 V vs.RHE)相近,同时表现出优于商业铂碳的耐久性(此电催化剂0.8 V vs.RHE对应的电流密度值下降10%,商业铂碳0.8 V vs.RHE对应的电流密度值下降40%)和抗甲醇毒化性。