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当今社会,由于化石燃料的过度使用,造成了一系列环境污染、生态失衡、资源匮乏等严重的问题。开发清洁能源及能源转换装置成为了迫在眉睫的任务。燃料电池和金属-空气电池作为一种高效、环境友好的能源转换装置越来越受到人们的关注。但是其阴极氧还原反应的动力学过程缓慢,严重影响了燃料电池和金属-空气电池的效率。到目前为止,贵金属Pt及其合金作为氧还原反应最好的催化剂,存在价格昂贵、自然储量少、耐久性差、易腐蚀等缺点,难以满足燃料电池大规模商业化应用。因此,开发价格低廉、稳定性更好、催化性能优异的非贵金属催化剂对燃料电池和金属-空气电池的广泛商业化具有至关重要的战略意义。非贵金属铁-氮-碳基电催化剂被认为可能是最具有发展潜力的一种可以替代Pt基催化剂的材料,但是其存在制备过程复杂、成本高等问题。针对这一问题,本论文提出低价简易的两步热解法制备不同形貌的铁-氮-碳基电催化剂,并研究了其电催化氧还原的性能。主要研究结果如下:（1）采用价格低廉的尿素和氯化亚铁为前驱体,通过简易的两步热解法制备得到Fe,N-C基杂化纳米片。第一步热解过程中,尿素转化为g-C3N4,铁原子位于g-C3N4的六元空腔中。第二步热解过程中,Fe-g-C3N4转化为Fe,N共掺杂的石墨碳以及N掺杂的石墨包覆的Fe和Fe3N纳米颗粒的杂化结构。制备得到的Fe/N-C基纳米片上同时存在多种活性位点,包括均匀分布的配位铁物质（FeCxNy或FeNx）以及Fe和Fe3N纳米颗粒,因此Fe/N-C基纳米片具有优异的电催化ORR活性,与商业Pt/C催化剂相当;同时,由于这些活性位点被无缺陷的碳层所包裹,提高了催化剂的稳定性和耐甲醇性,比Pt/C催化剂更适于商业化应用。（2）开发了一种在锌粉辅助下,通过碳化Fe掺杂的g-C3N4前驱体制备（Fe,N-共掺杂的CNT）/（Fe-基纳米颗粒）（Fe,N-CNT/FeNP）杂化纳米结构的方法。制备的Fe,N-CNT/FeNP杂化纳米结构结合了碳纳米管和纳米颗粒的优点。一方面,纳米颗粒的负载改善了 CNTs的分散性,另一方面,碳纳米管增强了 FeNP在ORR过程中的稳定性。由于具有多种ORR活性成分,包括均匀分布的Fe配位物质（FeCxNy或FeNx）以及嵌入在Fe,N-碳纳米管中的Fe,CFe15.1和Fe4N纳米颗粒,Fe,N-CNT/FeNP纳米结构对ORR具有优异的催化活性,并具有良好的稳定性和耐甲醇交叉反应能力。（3）发展了一种以二氧化硅为模板,通过两步热解制备出Fe,N-空心介孔碳球的方法。制备得到的Fe,N-空心介孔碳球上没有纳米颗粒的出现,猜测Fe是以原子或者微小团簇的形式存在于碳基质中,即形成了 FeCxNy或FeNx活性物质。为了进一步优化催化性能,将Fe,N-空心介孔碳球与导电性优异的石墨烯进行复合,得到 Fe,N-HMCS/Graphene 复合材料。与 Fe,N-HMCS 相比,Fe,N-HMCS/Graphene复合材料的催化性能进一步提高。为了验证该方法的普适性,还制备了 Co,N-HMCS/Graphene复合材料和Fe,Co,N-HMCS/Graphene复合材料。经过性能对比可以得出这样的结论,即双金属基催化剂的性能由于单金属基催化剂,在单金属基催化剂中,金属Fe的催化活性由于金属Co。