燃料电池中的电极反应有阳极氢氧化反应（HOR）和阴极氧还原反应（ORR）。其中HOR反应速率较快,一般可得到较高的电流密度,而阴极ORR在低温下是动力学上的慢反应,动力学极化严重,过电位高,需要高效的催化剂才能得到较高的电流密度,目前广泛使用且已经商业化的ORR催化剂是Pt/C,虽然Pt/C催化性能优异,但Pt是贵金属,其不稳定和易中毒问题以及稀缺性导致的高成本问题严重限制了燃料电池的商业化生产和广泛应用。因此,研究和开发催化活性高、稳定性和抗中毒能力强且经济节约的非贵金属催化剂是目前急需解决的问题。而基于过渡金属和氮共掺杂的碳基催化剂（TM-N-C）由于来源广泛、成本低廉、催化活性高、稳定性好和抗中毒能力强等优势使得其成为最有潜力代替Pt/C的一类催化剂。金属骨架有机化合物（MOFs）由于其本身的性质如高度有序的三维框架结构、可控的孔隙率以及可调的化学性质使得它成为制备TM-N-C催化剂最有前景的前驱体之一。基于此,本文在合成Fe-MOF和Co-MOF时加入聚合物然后高温热解制备出TM-N-C催化剂,研究了催化剂的形貌及其元素组成对催化性能的影响。本论文分以下四个章节:第一章,首先简单介绍了经典的电化学研究方法,接着介绍了氧还原反应的原理及其各种不同的氧还原催化剂,着重介绍了基于MOFs的TM-N-C催化剂的制备和催化性能,最后介绍了氧还原反应的主要应用—燃料电池。第二章,我们在以硝酸钴、对苯二甲酸和三乙烯亚胺为原料合成Co-MOF时加入由3-氨基苯酚和甲醛合成的聚合物纳米球（PNS）,然后高温热解得到钴金属颗粒嵌在碳层中的具有多级孔结构的碳纳米催化剂Co-N-C-W+E。对比了在PNS存在的条件下只用一种配体和两种配体都用所得材料的形貌和催化效果,发现只加一种配体所得的材料催化效果没有两种配体都加的好,这是因为两种配体所得的Co-N-C-800-W+E,其独特的钴金属颗粒嵌在碳层中的多级孔结构有利于提高催化剂的ORR活性。第三章,为了进一步证明PNS可以稳定MOFs的碳骨架使其在热解过程中不被完全分解,在合成Fe-MOF时加入PNS和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）来稳定MIL-101-Fe的碳骨架并引入氮原子的掺杂,经过高温碳化后得到Fe-N-C,该材料表现出较好的催化活性。对比了只有PNS或PVP以及两者同时存在的情况所得材料的形貌及其催化性能,发现只加PVP虽然能改变MOF的形貌,但是在高温碳化时会完全分解为铁和铁的氧化物,而只加PNS所得的材料碳化后虽然可以稳定碳骨架,但金属纳米颗粒的团聚现象比较严重,而双聚合物的加入不仅引入氮的掺杂,也有利于金属的分散,促进了活性位点的均匀分布,使得ORR活性提升。第四章,以水溶液中合成的ZIF-67为模板,利用糠醛的自聚反应在其外面包裹一层聚糠醛,然后高温热解,在此过程中ZIF-67完全分解,使得包覆在ZIF-67上的聚糠醛形成中空的球形结构。研究了不同量的糠醛对催化性能的影响。发现加入3 mL糠醛所得的Co-N-C-800-3表现出更正的半波电位和更大的电流密度。与商业的Pt/C催化剂相比,它表现出比Pt/C更优异的催化活性(半波电位:0.83V vs 0.82 V,电流密度5.73 mA cm^-22 vs 4.28 mA cm^-2)和更高的稳定性以及甲醇耐受性。