经济快速发展和人口剧增导致能源短缺、环境污染等问题日益突显。具有高比能量、无毒、污染小等优点的燃料电池和金属-空气电池为解决上述难题带来新的福音。由催化剂辅助的阴极表面氧还原反应(ORR)在此类电池的实际应用中起到至关重要的作用,故关于电极表面ORR研究已成为当前电催化领域的热点。尽管研究表明,贵金属电催化剂展现出较高的活性,但是其价格高昂且稳定性较差,不利于实现大规模工业应用。因而,开发高效廉价的非贵金属氧还原电催化剂对于燃料电池的发展具有重要意义。含锰硫属化合物价格低廉、储量丰富、环境友好、催化活性高,成为当前重点研究的催化剂之一。然而,目前已有的锰硫化物电催化剂存在尺寸大、难分散、催化机理难以解释等缺点,导致其研究进展缓慢。具有精确结构的金属硫族簇基晶态材料有望解决以上问题:通过掺杂引入活性金属锰,采用超声等方式将其分散为均一的纳米团簇,并利用其精确的结构和原子分布以研究氧还原催化机理。因而,对于含锰硫族簇基晶态材料的合成及电催化性能的研究具有重要意义。本论文通过溶剂热合成方法,采用原位合成及掺杂的方式得到了结构稳定的含锰硫族簇基晶态材料,讨论了其合成、热稳定性,并深入研究了氧还原催化性能。具体研究内容如下:1.以锰掺杂的孤立硫族纳米团簇为前驱体制备高效的含锰氧还原电催化剂利用溶剂热合成法制备出结构稳定的孤立P1团簇,并通过原位掺杂的方式在团簇内部引入少量锰(P1-Mn)。将P1-Mn作为前驱体,在水醇体系下经超声得到了直径约为3.5 nm且分散均匀的锰掺杂超小多金属氧硫纳米粒子(P1-MnNPs)。在碱性条件(1MKOH)下,P1-MnNPs表现出明显优于商业铂碳(20wt%)的氧还原催化性能、稳定性和抗甲醇性。实验表明,其优异的氧还原催化性能主要源于颗粒表面的Mn(Ⅲ)活性位点。此研究不仅为合成非贵金属催化剂提供了新方法,而且为孤立的金属硫族纳米团簇在能量转换和存储的潜在应用提供了可能性,为构建结构与性能之间的“构效”关系提供了新的研究思路。2.基于T3团簇和锰配合物的硫族框架材料的合成及氧还原催化性能研究利用溶剂热法制备出具有金刚石拓扑结构的中性晶态框架材料(NCF-4)。该晶态材料是由配合物([Mn(dach)2])作为连接体,以T3团簇([Mn2Ga4Sn4S20])作为次级结构单元,共同构筑而成的。研究表明,NCF-4在室温和碱性条件(0.1 MKOH)下的氧还原催化活性高于商业化的铂碳(10 wt%)。因NCF-4中配位键作用力较强,难于将其分散为纳米团簇,因而催化性能略低于P1-MnNPs。该研究工作为含锰硫族纳米团簇晶态材料作为氧还原催化剂提供了进一步理论指导。3.一维链状铜硒化合物的合成及光电性能研究利用溶剂热法合成出两例同构的一维链状化合物。该化合物由具有很强Cu-Cu相互作用键的阴离子链([Cu2MSe5]4-,(M=Ge,Sn))和配合物([Mn(H+-en)2(en)])组成。铜的引入使得该化合物具有较窄的光学带隙,在近红外区域表现出光电响应性能。此课题的研究不仅更好地拓展了含锰硫族簇基晶态材料的种类,还为它们作为氧还原催化剂的可行性提供了基本的理论指导。