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随着化石燃料的不断消耗和环境问题的日益凸显,人们对可再生能源的开发与利用已成为当今科学研究的热点。目前,人们对新能源装置的研究,如燃料电池（Fuel cells,FCs）、以及染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells,DSSCs）等有助于解决环境污染和能源问题。其中,FCs和DSSCs中常用的电催化剂为贵金属Pt和Pt基复合材料,然而,贵金属Pt储量有限、价格昂贵,且稳定性较差。因此,寻找廉价易得、稳定性高,可替代Pt材料的催化剂是亟待解决的问题。单原子催化剂（Single-atom catalysts,SACs）因其独特的结构和电子特性,在电催化等系列重要催化反应中具有优异的催化活性、选择性以及稳定性,但由于高度分散的单原子表面能高,热力学不稳定性,因此构建稳定的单原子催化剂是催化领域的重要挑战之一。本论文以碳量子点（Carbon Quantum Dots,CQDs）为载体,利用载体与金属之间的强相互作用,制备了非贵金属单原子催化剂,并将其应用在燃料电池以及染料敏化太阳能电池阴极反应中。具体研究成果如下:（1）以碳量子点为载体材料,根据荧光淬灭效应负载金属Fe,成功制备单原子Fe催化剂,并将其应用在燃料电池阴极氧还原反应（Oxygen reduction reaction,ORR）中。球差校正高分辨透射电镜研究表明,单原子Fe催化剂中金属Fe以单个原子的形式均匀分布在载体表面。电感耦合等离子发射光谱（ICP）测试Fe含量在1.52 wt%左右。ORR测试结果显示,单原子Fe催化剂初始电位和阴极电流电位分别为0.92 V（vs RHE）和0.83 V（vs RHE）,电流密度在0.4 V（vs RHE）时达到-6.43 m A?cm-2,电子转移数为3.96,H2O2产率为2.17%,均与商业Pt/C相当,并且具有很好的稳定性（经过5000次循环之后半波电位仅下降3 m V）和抗甲醇性能,表明该单原子Fe催化剂是一种优异的非贵金属燃料电池阴极催化剂。（2）本论文进一步以碳量子点为载体负载金属Co,对碳量子点负载不同金属的催化性能进行研究。因此,本文制备了碳量子点-钴复合催化剂（CQDs-salt-Co-acid）,将其用作DSSCs的对电极中,研究该催化剂对碘还原反应的催化活性。ICP测试Co掺杂量在2.77 wt%左右。实验测试结果表明CQDs-salt-Co-acid催化剂的峰电位差Epp=260 mV,小于Pt电极,光电效率为7.78%与Pt电极（8.04%）相当,在DSSCs中表现出优异的催化性能。实验结果证明以碳量子点为载体合成的负载型催化剂具有优异的电催化活性。