微生物燃料电池(MFC)是一种清洁、高效且可再生的新能源体系，是应对目前环境污染与能源问题的解决方法之一。MFC阴极的氧气还原反应(ORR)，由于反应动力学过程缓慢，因此需要使用催化剂来提高反应速率。目前，商用铂碳(Pt/C)催化剂，由于高昂的价格和较差的稳定性，成为限制MFC发展的瓶颈之一。所以，制备低成本高稳定性的非铂阴极催化剂用来代替Pt/C催化剂具有十分重要的意义。　　本文通过杂原子掺杂，并设计制备了不同微结构的碳基材料，考察了它们在ORR催化领域的应用，作为MFC阴极催化剂，验证其作为商用Pt/C催化剂替代品的可能性。论文研究内容主要包括以下两个部分:　　1、以氧化模板法制备的聚吡咯(Ppy)作为前驱体，使用KOH作为化学活化剂，在惰性氛围中高温煅烧，制备了具有三维分级孔结构的氮掺杂碳纤维(ANCNFs)。该材料直径约为70 nm，具有中空结构。材料表面具有微孔和介孔结构，比表面积达到1983.5 m2g-1，同时，因为碳纤维堆积构成了大孔结构，并形成了三维分级孔结构。这样的结构有利于O2的扩散，并且可以暴露更多的ORR催化活性位点。将ANCNFs用于ORR催化反应，在中性环境中，表现出了与Pt/C催化剂相近的ORR催化起始点位和更大的电流密度，并且有更好的稳定性。将ANCNFs用于MFC中阴极催化剂，其的功率密度达到1377.46 mW m-2，高于Pt/C-MFC的1307.43 mW m-2，证明了ANCNFs在未来具有替代Pt/C催化剂的可能性。　　2、通过使用磺化聚苯乙烯微球作为模板和硫源，聚多巴胺(PDA)为氮源和碳源，通过限域法制备具有介孔结构的氮硫共掺杂亚微米球(NSHS)结构。该材料粒径约为350 nm，具有空心结构，壳层厚度约为10nm，表面粗糙，比表面积为599 m2 g-1，微球表面存在4nm左右介孔，XPS表征证明硫原子和氮原子的成功掺杂，原子掺杂百分比分别为1.7％和3.6％。在碱性环境中，NSHS的催化ORR的起始电位为-0.08 V，优于单独的氮掺杂空心碳球(NHS)，同时NSHS表现出更大的极限电流密度(-0.5 V时，4.6mA cm-2 vs.3.0 mA cm-2)，证明NSHS具有更好的ORR催化活性。在催化的氧还原反应路径上，NHS为四电子与二电子过程共存，NSHS电子转移数n=3.8，接近四电子反应过程，与NHS相比，具有更高效的反应过程，表明其优秀的氧还原催化活性。此外，相比商用Pt/C催化剂，NSHS有更好的抗甲醇性和稳定性。