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燃料电池是一种可直接将化学能转化为电能的能源转换装置,具有能量转换效率高、绿色无污染等诸多优点,有望取代传统电化学电池,缓解甚至解决能源紧缺和环境污染的世界性难题,在新能源领域有着光明的应用前景。然而,燃料电池在大规模商业化道路上仍然面临着很多挑战,主要内在原因是燃料电池阴极氧还原反应（oxide reduction reaction,ORR）的动力学过程缓慢以及燃料电池的成本过高。目前阴极商用的是铂（Pt）基催化剂,贵金属Pt储量少、价格昂贵,是造成燃料电池高成本的主要原因。因此,开发低成本、高效率的非贵金属ORR催化剂替代目前的商业Pt/C催化剂对于降低燃料电池的成本、加快燃料电池的大规模商业化应用具有重大意义。类沸石咪唑酯骨架材料（Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs）具有比表面积与孔隙率高、孔径可调控和配体官能团易修饰等优异特性,因而成为制备高催化性能的多孔碳材料催化剂的理想前驱体。本文以ZIF-67为主要前驱体材料,合成制备一系列ZIF基多孔碳作为氧还原电催化剂,通过详细的物理表征和电化学性能研究得到高性能ORR催化剂并揭露其催化反应机理。我们采用常规溶液法合成出具有菱形十二面体方钠石（SOD）结构的小粒径ZIF-67晶体,具有高达1880 m2 g-1的BET比表面积和0.85m3 g-1的孔体积,以及优良的热稳定性。以上述高质量ZIF-67为前驱体,分别在700℃、800℃和900℃下进行碳化制备得到ZIF基多孔碳。分析结果显示,当碳化温度为900℃时,得到的ZIF基多孔碳具有最优异的ORR催化活性,可以与商业Pt/C催化剂相当,其转移电子数接近4,ORR反应途径为四电子过程。为进一步改善ZIF基多孔碳的催化活性,制备出相当于/甚至优于商业Pt/C的催化剂材料,本文从以下两个方面进行实验设计:1)优化ZIF基多孔碳的孔结构,提高比表面积和孔隙率,保证电化学过程中畅通的离子输运,且储存在孔内的电解液能够缩短反应物和中间产物的传递路径。此部分主要采用KOH活化法实现。2)进一步提高ZIF基多孔碳的电荷输运性能,增加电子转移速率。此部分主要采用石墨烯复合的方法实现。实验结果显示:经过KOH活化造孔处理后,ZIF基多孔碳的BET比表面积由260.52 m2 g-1（ZIF-C）提高到了342.37 m2 g-1（ZIF-C-KOH）,孔隙率也增加了3倍,有效提升了ORR催化活性。经过石墨烯复合后的ZIF基多孔碳（ZIF-C/graphene）的BET比表面积没有发生太大变化,但孔隙率增加了超过60%,氮含量也由3.81%增加到5.36%,其ORR催化性能得到明显改善。以上ZIF基多孔碳材料之中,ZIF-C/graphene表现出最优异的综合催化性能,尤其在碱性电解液中,其起峰电位（1.02 V vs.RHE）与商业Pt/C催化剂（1.04 V vs.RHE）相当,半波电位达到了0.865 V（vs.RHE）高于商业Pt/C（0.850 V vs.RHE）,极限电流密度(对应于0.5 V下的电流密度值,5.92 mA cm-2)比商业Pt/C(5.83 mA cm-2)优良。同时,稳定性测试表明ZIF-C/graphene的稳定性优于商业Pt/C催化剂。经过10h的计时电流测试,ZIF-C/graphene的极限扩散电流依然可以保持88%,而商业Pt/C衰减了将近30%。另外,ZIF-C/graphene在酸性电解液中也有不错的催化活性和优异的催化稳定性。