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燃料电池作为一种新型的能源转换设备,转换效率高且产物清洁无污染。然而,其阴极氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）极为缓慢,从而影响了它的效率,开发高效且稳定的催化剂是促进燃料电池ORR过程的关键。商用Pt/C催化剂拥有非常高的催化活性,但是其高成本和由无定形碳载体带来的耐久性问题却限制了它的大规模应用。纳米金刚石（Nano–Diamond,ND）是一种高稳定性的碳材料,有望成为一种稳定的催化剂载体材料,本文首先通过热处理制备了表面石墨化的纳米金刚石（Graphitized–Nano–Diamond,GND）作为碳载体材料,表面的石墨壳层为后续的改性处理提供条件,内部的金刚石为催化剂提供结构稳定性。接着使用成本较低的尿素和钴对GND进行改性处理,设计并制备了一系列不同结构的氮掺杂GND（N–GND）与钴及其氧化物（Co/Co Ox）复合的催化剂,系统探究了化学组成与显微结构对其ORR活性的影响。主要研究结果如下:（1）采用水热法和随后的热处理工艺,制备了生长在氮掺杂石墨化纳米金刚石上的多孔钴氧化物微米球（Co Ox/N–GND）。多孔钴氧化物具有高比表面积,能够暴露更多的表面Co2+作为活性位点。此外,氮的掺入也能显著提高催化活性。所制备的催化剂表现出良好的催化活性,半波电位和初始电位分别达到了0.82 V、0.89 V（vs.RHE）,与Pt/C的性能（0.85 V、0.95 V）相近;在0.2–0.6V下的转移电子数平均为3.65,过氧化氢产率为18%;此外,催化剂还具有良好的稳定性,经过5000圈循环运行后,半波电位左移了28 m V,远低于Pt/C催化剂5000圈循环后的左移量（60 m V）。（2）通过一步热解法制备得到表面均匀负载Co O的氮掺杂石墨化纳米金刚石（Co O/N–GND）。不同的钴元素添加量、尿素添加量和热解温度对催化剂的物相组成和催化活性均有影响。在30%的Co元素添加量、10倍尿素添加量和700℃的热处理温度下获得了含有更多Co O相的催化剂,能够暴露出更多表面Co2+作为活性位点。催化剂的半波电位和初始电位达到了0.82 V和0.89 V;因为Co O负载的更加均匀,其在0.2–0.6 V下的转移电子数和过氧化物产率平均为3.75和13%,催化性能相对水热法制备的样品都较优;经过5000圈循环运行后,半波电位左移了15 m V,其衰减度小于水热法制备的催化剂。（3）使用酸处理和超声细胞分散方法得到分散性良好的GND,随后再利用微波乙二醇还原和热解掺氮处理得到钴负载的氮掺杂石墨化纳米金刚石（Co/N–GND）。电镜观察结果表明,20 nm左右的钴纳米颗粒均匀负载在GND上,并作为活性位点,此外多种氮掺杂组分也可作为活性位点。催化剂的半波电位和初始电位分别达到了0.84 V和0.92 V;在0.20–0.60 V下的转移电子数和过氧化物产率平均为3.84和8%;经过5000圈循环运行后,半波电位仅左移了12 m V。在本文中显示出最佳的催化活性和稳定性。