氧还原反应（ORR）是燃料电池中最重要的反应之一。目前为止,催化ORR最好的催化剂为Pt基催化剂。然而,由于Pt的低丰度,易失活以及易中毒等因素,严重阻碍了燃料电池商业化发展。所以,研究者们一直致力于开发出一种高效、稳定、储量丰富且无污染的非贵金属催化剂。近年来,稀土元素具有独特的电子构型,使得稀土具有较好的电子和催化性能。目前已有大量的稀土元素用于催化剂的制备中,并达到了预期的效果。其中,稀土氧化物作为一种非Pt催化剂在ORR催化中表现出较好的应用前景,引起了研究者的兴趣。本论文围绕稀土氧化物与导电聚合物的协同优势,以制备高效、低成本的非贵金属催化剂为主要目的,通过对催化剂结构的设计和组分的调控,以期得到高性能的“掺杂碳层包覆稀土氧化物”复合电催化材料。在这三部分中均采用物理测试手段对制备得到的催化剂进行结构表征,同时采用电化学测试手段对它们的电化学性能进行了探究。具体包括以下三部分的内容。第一部分镶嵌结构的Sm₂O₃纳米氧化物复合碳材料催化剂催化氧还原反应稀土氧化物由于其独特的电子构型,激起了其在燃料电池领域的研究热潮。稀土钐更是由于其具有可变的化合价,使钐适用于催化剂和促进剂。本章通过简单的水热法和原位聚合法制备得到了Sm₂O₃-CN-1100复合催化剂,并研究了它在氧还原反应中的催化性能。Sm₂O₃与CN之间的耦合效应,使Sm₂O₃-CN-1100拥有较好的稳定性和抗甲醇性能;此外,催化剂的镶嵌结构增强了Sm₂O₃和CN之间的联系,有利于氧还原反应的进行。这为其它稀土氧化物在非贵金属催化剂中的应用提供了实验思路。第二部分双金属的LaCuO_x@CN复合催化剂催化氧还原反应本论文第二章证实了稀土氧化物具有一定的氧还原催化活性,但与常用的Pt/C催化剂相比,仍有很大的差距。文献报道双金属复合氧化物的性能要比单金属氧化物的好。所以,本章结合了稀土和过渡金属的双重优势,成功制备了嵌入结构的LaCuO_x@CN复合催化剂,并且探究了其在氧还原反应中的催化性能。研究结果表明双金属氧化物之间存在协同效应,使制备的催化剂表现出优异的电催化活性。与第二章制备的单金属稀土氧化物催化剂相比,ORR催化活性有了很大的提升,与Pt/C催化剂相比,LaCuO_x@CN-900则拥有更好的稳定性和抗甲醇性能。第三部分碳包覆NdCuO_x纳米氧化物复合催化剂催化氧还原反应虽然制备的LaCuO_x@CN-900催化剂性能已然有了很大提升,但与Pt/C催化剂相比,仍然存在差距。在第三章的基础上,本章通过调节稀土-过渡金属双金属氧化物的组成,制备得到了一种新型的NdCuO_x@CN-1000复合催化剂,并将其作为一种无Pt催化剂应用于碱性介质的氧还原催化反应。电化学测试结果表明NdCuO_x@CN-1000复合催化剂拥有与Pt/C相媲美的催化活性,以及比Pt/C更好的抗甲醇和稳定性。这些良好的性能都归因于NdCuO_x与CN,以及NdCu双金属氧化物之间强的相互作用。