化石能源的日渐减少和环境问题的日益加重,使得越来越多的研究者开始寻求一种有效的储能设备来合理的利用可再生资源。其中以零排放、效率高和燃料多样性等优点的燃料电池是非常有希望解决上述问题的技术之一。而催化剂的高成本是限制燃料电池全面推广的主要原因。当前,主要使用Pt/C或者其他富Pt材料作为燃料电池的阴极催化剂。然而,由于铂在地壳中的储量低、价格高,使得燃料电池的综合应用变得困难。近些年来,廉价、高效率的非贵金属催化剂的发展较为迅速,其中包括无金属催化剂、过渡金属和氮共掺杂催化剂。本文围绕不同的模板剂,通过蒸发诱导自组装策略和球磨法等制备了一系列具有特定结构的高活性催化剂。研究结果主要包括:1、以SiO₂胶体为模板剂,通过蒸发自组装策略及两步热解法制备了双金属和氮共掺杂的多孔碳催化剂（Fe,Mn/NC-80-900）。研究了Fe,Mn共掺杂,Fe/Mn单掺杂,不同Mn含量及热解温度对催化剂活性的影响。该催化剂呈现了三维多孔结构,具有比表面积大、石墨氮和吡啶氮含量高等特点。当添加80 mg的金属Mn的时,Fe,Mn共掺杂催化剂（Fe,Mn/NC-80-900）具有比Fe/Mn单掺杂催化剂（Fe/NC和Mn/NC）更加优异的催化剂活性,并且Fe,Mn/NC-80-900催化剂具有可靠的耐久性,抗甲醇中毒能力以及首选4电子过程。2、以NaCl和Na₂SiO₃为水溶性模板,通过高能球磨及热解制备了一种新型Fe₃C纳米粒子装饰的3D富氮多孔碳催化剂（Fe₃C@3DNC-1-900）。在碱性介质（0.1 M KOH）中,Fe₃C@3DNC-1-900催化剂具有最高的ORR催化活性,其半波电位可达0.861 V;在酸性介质（0.1 M HClO₄）中,半波电位可达到0.72 V;在酸性/碱性条件下,Fe₃C@3DNC-1-900催化剂的耐久性及甲醇交叉性能均优于商业化Pt/C催化剂。3、在不使用模板剂的情况下,通过快速发泡工艺调节尿素的含量制备了具有可控微观结构及催化效率的Fe纳米粒子修饰N掺杂的3D多孔碳催化剂（Fe/3DNC-2）。优化后的催化剂具有分级多孔结构,比表面积大,活性中心（吡啶氮、石墨氮和Fe-Nx）丰富的特点。该催化剂在0.1 M KOH中具有最好的催化效果,其半波电位为0.874 V,高出商业化Pt/C大约20 mV,并且具有出色的耐久性及甲醇耐受性。