可再生能源技术的发展,如金属空气电池和燃料电池,都依赖于氧气电化学反应。氧还原反应(ORR)是一种氧电极反应,它发生在金属-空气电池和燃料电池的阴极中。然而,ORR是上述氧气电化学设备商业化应用受阻的关键因素。虽然铂基催化剂被认为是克服ORR动力学迟缓的最有效的催化剂,但是Pt资源稀缺,成本高昂从而限制了其发展。替代铂催化剂,制备非贵金属催化剂是至关重要的。通过700℃上的高温热解得到的杂原子和过渡金属掺杂的多孔碳催化剂在酸性和碱性条件下显示出高的催化活性和优异的稳定性,是一个有希望替代Pt的催化剂。然而,分布均匀的多孔结构,掺杂杂原子的含量和固有活性位点仍然是一个很大的挑战。在本工作中,在过渡金属(铁或钴)硝酸盐存在下,通过硫脲作为氮和硫的唯一前体,葡萄糖作为廉价绿色碳源,大孔硅石为模板,通过一步热解合成了杂原子和过渡金属掺杂的多孔碳催化剂。然后使用电化学测试对所有制备的催化剂进行表征和评估。杂原子(N和S)和过渡金属(Fe和Co)的选择不是偶然的,因为氮和硫都通过诱导电荷和密度来改变碳的电子结构。对于过渡金属(Fe和Co),它们能够辅助引入杂原子(N和S),促进热解过程中的石墨化。事实上,覆有过渡金属物质使得石墨碳的ORR活性增强。我们还通过改变合成条件和用于合成催化剂的前体制备了很多催化剂,旨在增加杂原子和掺杂过渡金属的多孔碳催化剂的活性。首先,以硫脲/葡萄糖的不同组成质量比合成了铁-氮-硫/掺杂的多孔碳催化剂,通过Si02过滤出来的量来评估质量比对孔结构,表面积和电催化活性的影响,以获得最佳质量比。第二,所制备的催化剂通过含Fe203物质进行酸浸,得到具有高电催化活性和稳定性的铁-氮-硫掺杂多孔碳。接着,分别使用碱和酸浸渍除去Si02模板和原位产生的Fe203,这不仅可以充分研究Fe对孔结构,表面积和活性位点的影响,而且避免了使用的高危化合物(HF)。优异的电催化性能归因于以下几点:(1)主要是因为吡啶-/石墨-N物质,共掺杂噻吩-S和铁纳米颗粒形式的氮含量高,提供多的活性位点。(2)具有微观,中孔和大孔的分层多孔网状结构,加速了传质,促进了活性位点的充分利用。(3)石墨碳的高比表面及保证了 ORR过程中表面电子的快速传导。同时,我们还进行了 Fe和Co表面过渡金属的比较研究,以及热解温度(700～1000℃)研究。此外,我们研究使用尿素来替代硫脲来掺杂S的重要性。最后,我们将优异的电催化剂与商业铂催化剂的活性,选择性和稳定性进行了比较,并作为阴极用于锌-空气电池。本论文提出了一种有前景的可以代替铂催化剂的非贵金属氧还原催化剂,这使我们将在可再生能源装置,如金属空气电池和燃料电池,完全商业化的道路上更近一步。