随着不可再生的化石资源燃烧后产生的大量二氧化碳不断向生态环境和人类生活注入,在全球范围内造成了巨大的环境问题。而且我们不加限制地向环境排放废物的这种行为对环境和人类的影响变得更加明显,所以我们急需寻找从不可再生能源转向可再生能源的途径,以减轻不可资源过度使用对环境的影响。在可再生资源候选者中,生物质就是可以满足对碳基化学品和能源需求的替代方案之一。因此,我们采用绿色的碳基前驱体和环境友好的制备工艺,从分子层面设计杂原子掺杂和复合过渡金属的方法,来增强碳材料的电催化活性和稳定性,使其在锌-空气电池（ZAB）中具有实际应用的潜能。本论文重点研究了柳絮这种生物质作为前驱体,经过直接热解的方法在碳晶格中引入杂原子和过渡金属的内容,深入探究了所制备材料的氧还原反应（ORR）/氧析出反应（OER）的电催化性能和ZAB的性能。论文的研究内容和结果如下:1.铁钴复合氮掺杂碳材料用于ORR/OER双功能电催化剂。选择Fe Cl3·6H2O、Co（NO3）2·6H2O作为铁和钴的过渡金属前驱体,二氰二胺作为外来掺杂元素N的前驱体,通过直接热解的工艺,实现了掺杂氮的碳纳米碳管中空碳纤维结构（FeCo/N-CNT@HCF）,掺杂的N能与过渡金属配位形成TM-Nx,从而增加活性中心,与金属氧化物一起促进电化学反应。FeCo/N-CNT@HCF的ORR催化活性与Pt/C相当,半波电位(E1/2)和初始电位（E0）分别为0.86 V和0.95 V,循环5000圈后,FeCo/N-CNT@HCF的LSVs曲线中E1/2负移了9 m V与20%Pt/C的衰减相同。在电流密度10 m A cm-2时,OER的过电位(Ej=10)为1.678 V,接近于Ru O2(Ej=10=1.62 V)的过电位,而且FeCo/N-CNT@HCF的E1/2和Ej=10之间的电位差（ΔE）为0.897 V,因此合成的FeCo/N-CNT@HCF显示出良好的ORR和OER双功能电化学性能。该工作为以生物质为前驱体制备多孔材料提供了一种简单、经济的方法。2.铁钴复合氮硫掺杂的碳材料用于锌-空气电池正极催化剂。采用生物质柳絮为基底,以硫脲为元素S的前驱体,二氰二胺为元素N的前驱体,通过多元杂原子掺杂,不仅增加了催化剂的比表面积,还有效提高了过渡金属掺杂的含量。我们通过改变过渡金属铁盐和钴盐的摩尔比例,获得性能最优的铁钴共掺杂氮硫碳纳米管中空碳纤维材料（FexCoy/NS-CNT@HCF）。Fe1Co1/NS-CNT@HCF的E0和E1/2分别为0.963V和0.863 V,分别略高于Pt/C的E0和E1/2,在连续5000圈测试后,Fe1Co1/NS-CNT@HCF的E1/2仅负移了5 m V。Fe1Co1/NS-CNT@HCF的Ej=10为1.585 V,比Ru O2的Ej=10还要低32 m V。表现出优异的ORR和OER双功能电催化活性和出色的稳定性,还可以将其应用于可充电ZAB中。基于Fe1Co1/NS-CNT@HCF催化剂组装ZAB,并测试ZAB的电化学性能。在电流密度为5 m A cm-2下充放电循环了165 h,展现出良好的电池循环寿命。通过上述探究,我们从多元杂原子掺杂和复合过渡金属对碳材料进行修饰,提高了催化剂的ORR和OER双功能电催化活性,为实际应用的可充电ZAB提供了潜能。