随着社会的不断发展,煤、石油、天然气等传统化石能源日益枯竭,开发利用可持续清洁能源是当前的研究热点。锌-空气电池具有效率高、功率密度高和环境友好等特点,被认为是最有效的能源器件之一。氧还原反应（ORR）是锌-空气电池的放电反应,其缓慢的动力学过程对整个器件的性能起着决定性作用。目前,贵金属Pt被认为是ORR理想的电催化剂,但是其存在成本高、资源稀少和耐久性差等问题,极大地限制了商业化应用。因此,开发价格低廉、性能优异的非贵金属基ORR电催化剂是非常重要的。鉴于此,本论文利用金属离子与含氮碳源配位络合作用,制备了铁系过渡金属与氮掺杂碳材料的复合材料,并对其ORR性能及催化机制进行深入探究。主要研究内容如下:1、利用甲壳素中的含氮基团与Fe3+和Zn2+配位络合,结合热分解和酸处理的方法,制备含Fe单原子的Fe3C/氮掺杂碳纳米片（Fe3C-FeN/NC）。Fe3C纳米粒子和Fe单原子之间的协同作用,使其具备优异的ORR催化活性。纳米碳包覆的结构避免了Fe3C在电化学测试过程中的溶出,提高了催化剂的稳定性。利用密度泛函理论（DFT）计算,明确了ORR反应活性位及催化机制。作为空气-正极组装一次锌-空气电池,在10 mA cm-2下的放电时间为88 h,放电比容量达到745 mAh g-1,优于商业Pt/C催化剂。2、利用双氰胺中的含氮基团与Co2+和Zn2+配位络合,再结合冷冻干燥和热解的方法,制备了Co纳米粒子镶嵌的竹节状氮掺杂碳纳米管。碳纳米管的存在有利于电子传输,Co粒子与竹节状氮掺杂碳纳米管之间的协同作用使其具有优异的ORR催化活性。组装的一次锌-空气电池,在10 mA cm-2下的放电时间为82 h,放电比容量达到783 mAh g-1,优于商业Pt/C催化剂。3、通过双氰胺中的含氮基团与Fe3+和Co2+配位络合,经过后续处理得到氮掺杂碳纳米管包覆的FeCo合金纳米粒子复合材料。FeCo合金纳米粒子与氮掺杂碳纳米管之间的协同作用增强了ORR活性,而碳包覆的结构提高了催化剂的稳定性。作为空气-正极组装一次锌-空气电池,在10 mA cm-2下的放电时间高达120 h,放电比容量达到765 mAh g-1,优于商业Pt/C催化剂。