在各类燃料电池和空气电池中阴极反应都是氧的还原。氧的电极过程是一个复杂的多电子反应，而氧的还原或析出总是伴随着很高的过电位。因此需寻找一种理想的催化剂使分子氧在较低的电位下通过四电子过程还原为水并得到高的能量利用效率。铂在燃料电池中是一种很好的氧还原催化剂，但是它昂贵的价格和容易被CO毒化的性质限制了其作为催化剂的广泛应用。　　 卟啉及其配合物（如酞菁、卟啉、咔咯）具有高的共轭结构和化学稳定性，无论在酸性还是碱性条件下，对分子氧都有良好的电催化还原活性，这使得其成为空气电极最有希望的催化剂材料，并有望取代贵金属作为燃料电池和金属空气电池的氧还原催化剂。因此，本文研究了两个系列共十种不同的卟啉及其配合物，其中一个系列是五个具有不同取代基的四苯基铁卟啉配合物:(TpRPP)FeCl，式中(TpRPP)为四苯基卟啉的负二价阴离子，R为卟啉分子中苯环对位上的NEt2、OMe、H、Br和CF3等取代基。另一个系列是五个具有不同取代基的三苯基钴咔咯配合物:(TpRPC)Co(PPh3)，式中(TpRPC)为三苯基咔咯的负三价阴离子，R为分子中苯环对位上的OMe、Me、H、F和Cl取代基。　　 本文利用循环伏安、线性扫描伏安和旋转环盘电极(RRDE)三种电化学方法研究了铁卟啉和钴咔咯配合物作为催化剂电催化还原氧气的性能，并探讨了配合物分子中的取代基对催化还原氧气性能的影响。首先，研究了在1.0M HClO4水溶液中五种铁卟啉和五种钴咔咯分别在N2和空气条件下的电化学性质，研究表明在空气条件下铁卟啉和钻咔咯都有催化电流产生，说明它们都可作为电还原氧气分子的催化剂。通过研究铁卟啉或钴咔咯在旋转环盘电极上的催化行为、分析环电流和盘电流的相互关系，可以计算得到氧气还原过程中的转移电子数和生成H2O2的量。　　 另外还通过调节环盘电极的旋转速度测定了不同转速时盘电极上的催化电流，并依据Koutecky-Levich方程作图进一步确定了氧气催化还原反应中的电子转移数。结果表明，在氧的还原过程中，当铁卟啉的苯环环上具有供电子基团如NEt2或OMe时，氧的还原反应为2e-过程主要生成H2O2。但是当卟啉分子中的苯环上具有吸电子基团如Br或CF3时，转移电子数n＞2，说明在氧的还原过程中既有H2O2生成也有H2O生成。如果利用钴咔咯作为催化剂，研究结果也表明吸电子取代基如F和Cl等比供电子基团如OMe和Me等对氧气的还原具有更好的催化效率。