随着世界人口的增长,能源的需求量不断增加,并且大量化石能源的使用导致环境受到破坏。为了解决目前所面临的能源危机与环境问题,急需清洁高效的新能源替代化石能源。电催化反应由于其高效率、低排放、环保无污染和价格低廉等优点,能很好地缓解目前所面临的问题。贵金属Pt/C和二氧化钌以及二氧化铱等都是优异的电催化反应的催化剂,但由于它们存在资源稀缺、价格昂贵和稳定性差等问题而限制了其广泛应用。有鉴于此,本文将廉价、导电性好、化学稳定性优的碳材料与过渡金属化合物复合,开发具有优异电催化性能的催化剂,主要研究内容如下:1.以具有优良导电性的碳纳米管为导电基质,采用一种高效简便的一步水热法合成催化剂。以硝酸钴为钴源,三聚硫氰酸三钠为硫源,采用简单的水热焙烧方法,在碳管表面嵌入大小均一、形状均匀的八硫化九钴（Co9S8）纳米颗粒。通过研究硫键在硫化钴颗粒和碳纳米管之间的协同作用,阐明其对电催化析氧反应及电催化氧还原反应的促进作用。在析氧反应中,在电流密度为10 m A cm-2时,过电位为0.331 V,优于商业的二氧化钌催化剂。其氧还原反应中的半波电位为0.810 V,与商业Pt/C的半波电位相近。将其用于锌-空气电池的电极材料,通过对其性能测试,发现电池具有优异的充放电性能以及杰出的循环稳定性。因此,得到此催化剂的催化性能优于商业铂碳与二氧化钌的混合物催化剂,具有良好的应用价值和前景。2.通过简单的方法制备出含Fe-N-C键的单原子催化剂,并将其应用于ORR反应,测试的到此催化剂的ORR催化性能与目前广泛使用的商业Pt/C催化剂的性能还有较大的差距。因此,还需进一步改善合成条件来提高其催化性能。3.通过简单的一步煅烧法,以铁氰化钾为铁源和N源,聚乙烯亚胺为N源和阳离子型粘结剂,制备出具有优异电催化氧还原性能的催化剂。通过改变氧化铁颗粒与含Fe-C-N键的碳材料间的相互作用,可优化电催化氧还原性能,促进催化反应的发生。此催化剂材料具有优良的电催化氧还原性能,其半波电位达到0.85 V(E1/2≈0.85 V vs RHE),远高于商业的Pt/C(E1/2≈0.82 V)。