作为一个动力学缓慢的过程，阴极氧还原反应（ORR）是限制质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）性能的重要因素。一般来说，氧还原反应分为以下两个途径：（1）两步两电子传输路径，过氧化氢为中间产物；（2）四电子传输路径，水是最终产物，它更加有效，比较符合人们的需求。目前，铂（Pt）基催化剂仍然是适用最广泛和活性较好的催化剂材料，但是由于Pt价格昂贵，资源匮乏，严重阻碍了燃料电池的商业化进程。同时甲醇渗透导致阴极Pt催化剂上发生电氧化，产生―混合电位，且甲醇氧化产生的毒性中间体易使催化剂中毒，严重影响电池的输出性能。因此，开发低成本、高性能和耐甲醇的阴极催化剂是DMFC研究的重要课题。　　在目前开发的非贵金属氧还原反应催化剂中，过渡金属氮化物的电子结构和贵金属的类似，所以它具有类贵金属的催化性能，受到人们广泛关注。另外，它的低成本、良好的导电性、优越的物理和化学稳定性以及杰出的抗腐蚀性能使它成为一种潜在的可以取代贵金属催化剂的纳米材料。碳材料具有成本低、合成简单、能大量制备、易于修饰等优点，尤其对氧还原反应还有高活性和高选择性，并对甲醇氧化呈惰性，近几年来成为研究的热点。本论文以不同的碳材料为基底，负载不同的过渡金属氮化物和金属离子，构筑碳基非贵金属催化剂，并取得了较大进展。本文所展示的一些新型的材料和合成方法，具有一定的普适性，为其他研究者们提供了新的思路。本文主要研究内容分以下三方面：　　1、通过调控前驱体二氧化钛的形貌，利用氨气高温煅烧得到不同形貌的氮化钛纳米材料，并通过加入三聚氰胺在其外面包覆一层无定形碳。在水热反应中加入不同的溶剂，可分别得到氮化钛纳米管和纳米颗粒，另外焙烧过程中是否加入三聚氰胺也决定了无定形碳的存在与否。将它们应用于直接甲醇燃料电池的阴极反应中，揭示了催化剂的形貌和催化活性的关系。　　2、利用简单的溶液法在碳黑上吸附钨酸根离子，然后在空气下焙烧得到三氧化钨/碳黑的复合体，再采用氨气高温焙烧法制备氮化钨/氮掺杂碳黑复合体。其中，在氨气焙烧过程中，同时发生氮化钨的形成和碳黑的氮掺杂，这样会有利于它们之间的紧密结合，表现出强烈的协同作用。通过调节钨源的加入量可得到不同含量氮化钨的复合体。将它们作为催化剂应用在氧还原反应中，探讨氮掺杂和氮化钨的含量对催化活性的影响。　　3、以三嵌段共聚物F127为软模板，先合成介孔碳前驱体——酚醛树脂预聚体，然后将它与氧化石墨和钼酸铵混合均匀，在高压反应釜中水热，最后将得到的粉末在氩气下煅烧，即可制备钼离子掺杂的介孔碳/石墨烯复合体。为了了解复合物中各组分的作用，还设计合成了一组对照样品。通过一系列电化学测试，探讨了复合物中各组分对性能的影响：石墨烯有利于电子传导；介孔碳有利于电解液传输；钼离子增加了活性位点，也加快了电子传输。　　4、通过简单的水热和焙烧相结合的方法合成二氧化锰/碳纳米管复合体，探讨碳纳米管对二氧化锰的生长过程的影响，并优化复合体中两者的比例。通过调节水热过程中碳纳米管的加入量，观察复合体中二氧化锰的形貌变化，研究其合成机理。将它们作为催化剂应用在氧还原反应中，探讨碳纳米管的含量和二氧化锰的形貌变化对催化活性的影响。