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金属-空气电池和一体式可再生燃料电池等新型能量存储转化装置在解决能源危机和环境问题方面具有重要作用。这些装置的核心部件是氧电极催化剂,其活性及稳定性直接决定这些能量存储转化装置的生产成本和工作效率。因此开发研究高储量、低成本且兼具高活性、高稳定性的非贵金属催化剂是推动以上装置大规模应用的关键因素,有助于加快新型能源设施的发展。纳米碳化硼由于其优异的化学稳定性,可用作催化剂载体,并且在热处理过程中可以通过B的迁移形成B自掺杂的碳。通过电弧炉碳热还原法制得的纳米碳化硼表面自带石墨化碳壳（G/B4C）。因此,本研究以G/B4C为基础材料,分别通过一步热解法、燃爆法、一步溶剂热法以及水热法和碳热还原结合的方法制备出成本低、易生产的异质原子掺杂的碳材料及其与过渡金属及化合物形成的复合材料电催化剂。这些电催化剂具有优异的催化活性和稳定性,可用作氧电极催化剂。本文系统地研究了催化剂的结构、组成等对催化氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）和氧析出反应（oxygen evolution reaction,OER）性能的影响。具体内容如下:以G/B4C为碳源和硼源,三聚氰胺为氮源,将二者混合物于真空环境中在600°C下热解2小时,B4C和三聚氰胺在热解过程中释放的B和N分别从不同方向进入G/B4C表面的碳壳,形成B、N共掺杂的碳层（BN-C）,包裹在B4C核表面,得到核壳结构的BN-C/B4C催化剂。B、N共掺杂产生的活性位点（B-C、N-C）使BN-C/B4C表现出优异的ORR催化活性,其起始和半波电位(Eonset,E1/2)分别为0.93和0.79 V（vs.RHE）,反应电子数为4,且具有高的甲醇耐受性和优异的稳定性。以升华硫、硝酸钾、尿素和硝酸铵为原料,通过燃爆法（deflagration method）对纳米碳材料进行表面处理。反应过程中产生的瞬时高温和富氧环境使碳材料表面发生部分石墨化和氧功能化,同时对碳材料表面进行S、N共掺杂,得到S、N共掺杂的氧功能化纳米碳材料D-NSOCs。电化学测试结果表明,D-NSOCs表现出优异的双功能催化活性,ORR的Eonset和E1/2分别为0.92和0.81 V（vs.RHE）,OER在电流密度为10 m A cm-2时对应的电位(Ej=10)为1.58 V（vs.RHE）,在碱性条件下,Ej=10和E1/2之间的电位差ΔE为0.77 V,优于大多数碳基双功能电催化剂。表明氧功能化处理提高了碳材料对OER的催化活性。这项工作使用的燃爆法对碳材料进行表面掺杂和氧功能化处理具有普遍适用性。以G/B4C为载体,硝酸钴、硝酸铁和硫脲为原料,通过溶剂热法将CoS2-FeS2沉积在G/B4C表面,同时硫脲在反应过程中释放的S和N进入G/B4C表面的碳壳,形成S、N共掺杂的碳层,一步得到CoS2-FeS2/SN-C/B4C复合催化剂。S、N共掺杂产生的活性位点（S-C、N-C）和高活性的CoS2-FeS2协同催化,使CoS2-FeS2/SN-C/B4C对ORR和OER展现出优异的催化活性,ORR的Eonset和E1/2分别为0.96和0.81 V（vs.RHE）,OER的Ej=10为1.54 V（vs.RHE）,碱性条件下的双功能电催化活性ΔE仅为0.73 V。以G/B4C、硝酸镍、硝酸铁、氢氧化钠和碳酸钠为原料,通过水热法将NiFe-LDH沉积在G/B4C表面,得到中间产物NiFe-LDH@G/B4C,然后将NiFe-LDH@G/B4C与三聚氰胺混合并在600°C下热解,通过碳热还原反应将沉积在G/B4C表面的NiFe-LDH转化成Fe Ni3,B4C和三聚氰胺在热解过程中形成B、N共掺杂的碳层（BN-C）,同时生成Fe、N共掺杂的碳（Fe-N-C）,得到Fe Ni3/BN-C/B4C复合催化剂。Fe Ni3、B-C、N-C和Fe-N-C等活性组分之间的协同耦合效应,大幅提升了Fe Ni3/BN-C/B4C催化ORR和OER的能力,ORR的Eonset和E1/2分别为0.96和0.83 V（vs.RHE）,OER的Ej=10为1.50 V（vs.RHE）,碱性条件下的双功能电催化活性ΔE仅为0.67 V。此外,Fe Ni3/BN-C/B4C也展现出优异的稳定性。