现代能源存储和转化技术中,电化学技术因其清洁高效等优势备受人们关注。稳定且高效的电催化剂的设计和构筑是提高整体转化速率的关键。多金属氧簇合物（POM）具有明确的分子结构、纳米尺寸效应和多电子氧化还原活性,被认为是一类具有发展潜力的电化学材料。其中,丰产元素铁氧簇合物的发展更被认为是具有替代贵金属催化剂的可能。然而,在实际应用过程中,会面临着铁氧簇合物自身固有的易溶于电解质溶液和导电性差的劣势,导致催化剂的不稳定和失活,无法了解具体的催化机制。本论文以具有纳米尺寸、独特Fe-O键和多电子氧化还原活性的铁氧簇合物为核心,分别从电解质和电极材料两方面设计合成了四类高效稳定的铁氧簇合物用于电化学性质研究。具体研究思路如下:1、第一章研究工作报告了商业Pt/C电催化剂在含有多氧阴离子[Fe28（μ3-O）8（L-（-）-tart）16（CH3COO）24]20-的溶液中氧还原（ORR）催化活性得到极大的增强。密度泛函理论（DFT）计算关于机理的研究表明,在ORR反应过程中,铁氧团簇的独特结构可以协助运载氧气,并在氧还原过程发挥重要作用。当将该发现应用结合到直接甲酸微流控燃料电池（DFMFC）中时,发现Fe28充当电解质的效果与对照电解质磷酸缓冲溶液相比,电池的性能得到了显著提高,最大功率密度提升了9.5倍。该研究提供了在电化学能量转换和存储中的第一个铁氧团簇充当电解质的使用案例。2、第二章研究工作选择{Bi6Fe13}双金属铁氧簇合物作为酸性电解质,探究商业Pt/C电催化剂在以{Bi6Fe13}为主体的酸性电解质溶液中的氧还原（ORR）和氧析出（OER）催化活性的改善情况。通过对比发现{Bi6Fe13}作为电解质在ORR反应体系中,其自身的氧化还原与工作电极电化学氧还原的电位发生窗口在同一区间。通过背景扣除,获得实际电化学氧还原的催化活性曲线,与电解质硫酸钠/硫酸混合溶液相比较,Pt/C催化剂在{Bi6Fe13}电解质溶液中的ORR的半波电位和OER过电势得到了极大的改善,有望成为双功能的氧活化电解质。{Bi6Fe13}作为“电子容纳体”承担系统中电子运输的功能,发生自身氧化还原中的电子参与了体系的电子运输周转,大大提高整体反应的速率。3、第三章研究工作通过低温溶剂热方法合成了三种四核铁氧簇合物。利用单晶X-射线衍射、红外、热重等测试手段分析铁氧簇合物的不同配位环境、官能团、三维堆积方式和稳定性。金属原子周边配位方式的不同引发其氧化还原能力的不同,这种独特的结构和氧化还原活性有利于锂离子的嵌入和脱嵌,这对于用作新型锂离子电池的电极材料提升容量非常有利。进一步通过XPS、XANES和电化学等手段分析研究锂化和脱锂过程中的电子和电荷的转移情况,并发现其出色的放电比容量、循环稳定性和结构稳定性,进一步证明铁氧簇合物是用作高性能的新型锂离子电池负极材料的良好选择。4、第四章研究工作利用常温蒸发溶剂法,分别合成了由甲酸、乙酸和丙酸三种基团连接而成的三核铁氧簇合物。通过XRD、SEM等测试发现该系列簇合物具有很好的纯度和纳米尺寸效应。在探究该系列簇合物的独特电催化活性过程中,发现乙酸配位的铁氧簇合物与ZIF-8（Zn）复合后,导电性得到极大的改善。进一步热解处理提高复合催化剂的稳定性,在1050℃下,复合体系完成物相转变成具有铁原子和铁纳米粒子双催化活性物种的电催化剂Fe/Fen-NC1050。在0.5 M H2SO4溶液中,该复合催化剂表现出优异的稳定性和抗甲醇耐受性。这为铁氧簇合物充当前驱体设计原子和纳米粒子共存的双活性物种电催化剂提供新思路。