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当今社会的能源和环境问题变得日益严重,化石燃料是目前人们所使用的主要能源,但化石燃料的燃烧会生成大量粉尘和有害气体,这些粉尘和气体也严重威胁着人类的生存环境,所以寻找和发展合适的可持续能源形式是目前科学研究的重要任务之一。燃料电池（Fuel cell）是一种绿色,高效的能源转换装置,且不受热力学卡诺定律所限制,在未来无论是家庭、企业用电还是航空航天领域等方面都具有着巨大的潜在应用价值,因此发展燃料电池是科技和社会发展的一个重要战略和目标。燃料电池中阴极所对应的氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）的反应机理较为复杂且反应过程缓慢,因此整个过程需要高效的催化剂。目前铂基材料在催化氧还原反应的过程中展现出了优异的活性,但是铂属于贵金属元素,使用成本较高,制约了燃料电池的潜在应用前景。因此,研究和开发低廉、高效的氧还原电催化剂替代铂基催化剂非常重要。本文主要针对燃料电池中的阴极氧还原反应体系,制备了一系列金属负载型多孔碳材料并研究其在碱性条件下的电催化ORR性能。主要的研究工作如下:（1）Fe-N-C体系的ORR催化材料制备及电催化ORR性能研究。本章制备了铁基金属有机框架材料（MIL-100-Fe）并以其为铁源,六亚甲基四胺（HMT）为氮源,先以纳米灌注方法将不同氮源/铁源质量比的HMT分子灌注到MIL-100-Fe的孔道中,接着用旋转蒸发仪在负压下除去多余水分,最后置于管式炉中在700-1000 ℃和氮气（N2）气氛下高温碳化,最终得到铁-碳化铁负载型的多孔碳催化材料。研究表明,这些催化材料的电催化ORR性能随着碳化温度的升高呈现出了先提升后降低的趋势,主要是因为热解温度过高时样品的总含氮量较少;另外随着氮源/铁源比例的增大其ORR性能逐渐提升,这主要是由于含氮量的增加和碳化铁晶体的形成。其中当氮源/铁源质量比为2:1和800 ℃高温处理时制备得到的Fe-N2-800催化材料中具有最高的吡啶氮/石墨氮相对含量,另外催化材料中存在的铁-碳化铁晶体和Fe-Nx活性位也被认为能协同增加活性。因此Fe-N2-800催化材料的电催化ORR活性最高,整个反应过程为四电子转移过程,并且展现出良好的抗甲醇中毒能力和稳定性。（2）Co-N-C体系的ORR催化材料制备及电催化ORR性能研究。本章以苯胺、吡咯为碳源,六水硝酸钴（Co（NO3）2·6H2O）为钴源,采用原位阳离子聚合法和氨气（NH3）气氛下热解制备氮化钴负载型的多孔碳催化材料,热解温度为600-800 ℃,氨气热解的方法能够将更多的氮原子掺杂到最后的催化材料中。这些催化材料的电催化ORR性能随着热处理温度的上升呈现出了先升后降的趋势,主要是由于温度过高时样品的含氮量较低;另外随着钴掺杂量的增大其ORR性能也呈现出了先提升后降低的趋势,这主要是由于过多的钴元素掺杂会导致一些钴单质和钴元素的其他化合物的形成,反而阻碍了活性位点（Co2N）Co-N的生成。其中当钴源的加入量为2 mmol且热处理温度为700 ℃时,所生成的样品Co2N-2-700@NC具有较高的氮含量（11.86 at.%）和比表面积(362 m2 g-1),同时也具有较高相对含量的吡啶氮,石墨氮以及Co-N型氮（Co-Nx）,因此展现出了较好的电催化ORR活性,其起始电位为-0.038 V vs.SCE,半波电位为-0.126 V vs.SCE。Co2N-2-700@NC催化材料同样展现出了优异的抗甲醇中毒能力和电化学持久性。（3）双金属硫化物负载型ORR催化材料制备及电催化ORR性能研究。本章以苯胺、吡咯为碳源,不同比例的铁源（九水硝酸铁,Fe（NO3）3·9H2O）和钴源（六水硝酸钴,Co（NO3）2·6H2O）为双金属前驱物,采用原位聚合方法合成中间产物,在氮气（N2）气氛中800-1000 ℃下热处理制备得到双金属硫化物负载的多孔碳催化材料。其中,原位聚合过程中添加的过硫酸铵（APS）既是苯胺和吡咯发生阳离子反应的引发剂又是硫源的提供者。研究表明,制备的一系列催化材料具有较高的比表面积和丰富的孔结构且均含有一定量的铁钴金属硫化物作为ORR活性位点,样品的ORR性能随着金属硫化物比例的变化而变化,另外随着热处理温度的提升样品的ORR性能逐渐提升,主要是由于高温下金属硫化物的结晶度更好和较高的比表面积。研究还表明,FeS晶体能够提升催化材料的起始电位,而CoS/Co9S8晶体则能够提升催化材料的半波电位和增大极限电流密度。其中当铁源和钴源的比例为1:1,且高温热处理温度为1000 ℃时,所合成的样品比表面积最高且具有丰富的孔结构和最合理的金属硫化物相对比例,且在碱性条件下表现出了与商用Pt/C催化剂相媲美的ORR性能,其起始电位为（0.947 V vs.RHE）,半波电位（0.842 V vs.RHE）,反应中电子转移方式为直接四电子转移,具有比Pt/C催化剂更好的抗甲醇中毒能力和电化学持久性。