质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是一种可以将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的绿色高效的能源转换装置。但是,其阴极氧还原反应（ORR）动力学缓慢,是燃料电池的速率控制步骤,所以设计和改性燃料电池阴极ORR催化剂,对进一步提高燃料电池性能具有非常重要的意义。目前,铂金属基催化剂是活性最高的氧还原反应催化剂,但是其价格昂贵、稳定性差、对甲醇和一氧化碳敏感等问题限制燃料电池的大规模应用。针对以上问题,本论文以研究价格低廉、性能稳定、耐久性及催化活性良好的新型非贵金属基催化剂为目的,以金属有机骨架衍生碳基复合材料为研究对象,研究催化剂的ORR活性和催化机理,研究内容与结果如下:（1）采用直接沉淀法在室温下合成沸石咪唑-8（ZIF-8）前驱体,在不需要外加碳载体的情况下,以不同的温度煅烧ZIF-8前驱体制备氮掺杂碳（N/C）催化剂,通过XRD、SEM、TEM、XPS、BET以及电化学性能测试等手段,对催化剂的物相、晶体结构、形貌、颗粒尺寸、价键及催化活性进行分析,探究不同热解温度对ORR催化活性的影响。研究结果发现,N/C催化剂的ORR性能随着热解温度的升高呈现出先升高后下降的趋势。在不同热解温度下（700-1000℃）,N/C-910催化剂表现出的催化活性最好,其起始电位（E₀）是0.841 V,半波电位(E_1/2)是0.683 V,在0.4 V对应的极限电流密度是3.52 mA cm^-2。其ORR活性主要归因于N/C-910催化剂中含有丰富的吡啶N。2)采用直接沉淀法制备出不同Fe含量的Fe_x/ZIF-8前驱体,经过一步热处理制备N/C负载奥氏体（?-Fe）纳米催化剂,探究不同Fe含量对ORR催化性能的影响,并将实验和理论计算结合,分析该类催化剂的活性机理。结果显示,Fe_0.05-N/C催化剂表现出优越的催化性能(E₀=0.989 V,E_1/2=0.857 V),十分接近20 wt%Pt/C(E₀=0.990 V,E_1/2=0.851V),极限电流密度达到6.0 mA cm^-2优于20 wt%Pt/C(5.7 mA cm^-2)。RRDE和K-L计算证明了Fe_0.05-N/C催化剂遵循高效的四电子转移途径。耐甲醇测试表明Fe_0.05-N/C催化剂的耐甲醇性能优于20 wt%Pt/C,电流-时间（i-t）测试表明Fe_0.05-N/C催化剂具有与20 wt%Pt/C相似的稳定性。分析结果表明,除了一般认为的Fe-N_x高活性位点,Fe_0.05-N/C催化剂较高的ORR活性可归因于N/C和Fe纳米粒子之间的强协同效应。3)以Fe（BTC）为前驱体,在910℃煅烧得到碳负载铁（Fe/C-910）催化剂,然后将N/C-910催化剂和Fe/C-910催化剂在室温下物理混合形成Fe/C-N/C-Ph复合催化剂,再通过高温热解化学混合形成Fe/C-N/C-Ch复合催化剂。研究结果显示,Fe/C-N/C-Ph复合催化剂的催化性能介于Fe/C和N/C之间,而Fe/C-N/C-Ch复合催化剂表现出良好的催化性能,其E₀=0.967 V,E_1/2=0.825 V,在0.4 V的极限电流密度达到6.04 mA cm^-2,可与20 wt%Pt/C相提并论.。旋转环盘电极（RRDE）和K-L测试结果证明Fe/C-N/C-Ch复合催化剂遵循高效的4电子转移途径,抗甲醇测试表明该催化剂具有良好的耐甲醇性能。分析结果进一步证明N/C和Fe纳米粒子之间的强协同效应是Fe/C-N/C-Ch催化剂具有优越ORR催化活性的主要原因。