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近年来由于化石能源的过度使用,造成能源短缺,以及环境污染加剧,因此清洁能源备受关注。氢能因其能量密度高,环境友好等优点而成为最有前景的替代能源之一。氢能的制备和利用涉及电解水和氢氧燃料电池两部分,包含析氢反应（HER）,氢氧化反应（HOR）,析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）四个重要反应。其中ORR和OER因反应复杂和反应能垒高,因而需要发展催化剂降低其反应能垒,提高其反应速率。目前催化ORR和OER的催化剂分别是Pt和Ir、Ru等贵金属材料,故而需要开发催化稳定性高,廉价的过渡金属催化剂。过渡金属卟啉咔咯化合物因其分子可设计性强,结构稳定等特点而被用于电催化ORR和OER研究。本论文模拟细胞色素氧化酶（CcO）合成了含有轴向咪唑配体的Co卟啉化合物,研究了轴向咪唑配体对中心金属和O2结合,以及对电催化ORR和OER性能的影响。（1）合成具有轴向咪唑的化合物1和不具有轴向咪唑配体的化合物2,研究轴向咪唑配体对中心金属与O2结合的影响。与2不同,1在室温下就可以和O2结合生成（L1）CoⅢ-O2-;通过变温紫外实验证明该反应是可逆的,这进一步说明1和O2反应生成的产物是（L1）CoⅢ-O2-。而2在室温和低温（如213 K）下,均很难和02反应。该结果表明与不具有轴向咪唑配体的化合物2相比,具有轴向咪唑配体的化合物1更容易和O2结合。轴向咪唑配体是供电子基团,具有轴向咪唑配体的化合物1的中心金属Co电子云密度更大,因而易于和O2结合。本文首次提出轴向咪唑配体可以促进中心金属和O2结合。（2）具有轴向咪唑配体的Co卟啉电催化ORR和OER性能,以及锌空电池性能研究。为了提升催化剂的导电性,碳管和化合物1通过非共价连接的方法吸附在CNT表面,制成复合催化剂。电催化的ORR和OER结果表明,与2/CNT相比,1/CNT具有更好的电催化ORR和OER性能（更大的催化电流和更小的超电势）。这项工作将1/CNT应用于锌空电池空气极研究,在碱性电解质溶液中测试,实现了较小的充放电电势差（0.88 V）,较大的能量密度（120 mW/cm2）,在电流密度为20mA/cm2时较大的比容量（785 mAh/g）。此外,负载1/CNT的锌空电池表现出很好的稳定性,并且在>60小时内几乎不会降解。本文进一步证实轴向咪唑配体可以提升电催化ORR和OER的性能。具有轴向咪唑配体的1/CNT是锌空电池优异的空气电极催化剂,为分子催化剂的应用开辟了更大的范围。