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燃料电池和金属空气电池等电化学能量转换和存储技术是用来解决能源危机与环境污染最有前景的策略。氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是其中核心反应,也是目前研究的难点与热点。然而,ORR和OER动力学缓慢,需要使用高活性的催化剂来加速反应,降低过电位。目前商业催化剂主要由贵金属铂和铱组成,这些贵金属价格昂贵且容易中毒,阻碍了其在电化学能源转换和存储方面的大规模应用。过渡金属由于储存丰富,价格低廉,且催化活性与稳定性可与贵金属媲美,极有前景替代贵金属成为ORR和OER电化学催化材料。因此,本文通过不同方法将过渡金属活性中心负载到石墨基材料上,并将这些催化材料用于氧电极反应中。具体内容如下:1、二元Ni2FeOx锚定在改性石墨上的复合催化剂用于电催化析氧反应开发地球丰富的用于OER的电催化剂是非常必要的。在1.0 M KOH溶液中,二元镍-铁氧化物负载在苯磺酸化石墨（Ni2FeOx@-G-Ph-SN）的表面上,表现出优异的OER活性(在10 mA cm-2下仅265 mV vs RHE的过电位)和稳定性。2、单位点铜-氮共掺杂石墨烯催化剂用于电催化氧还原反应通过简单的热分解方法制备单位点铜-氮共掺杂的石墨烯材料。该催化剂在碱性介质中表现出优异的ORR性能,包括正起始电位（0.94 V vs RHE）和半波电位（0.84 V vs RHE）,低塔菲尔（Tafel）斜率(48.0 mV dec-1),显著的催化稳定性以及强的甲醇耐受性。单位点Cu-N-C可能是有效的ORR活性位点。3、双功能单位点铁基催化剂用于氧电极反应通过高温退火法制备了具有高铁含量（高达1.5 wt%）的单位点铁-氮共掺杂石墨烯催化剂。玻碳电极上的单位点铁基催化剂在10 mA cm-2电流密度下在1.0M KOH和0.1 M KOH溶液中分别以194 mV和275 mV低过电位实现OER。此外,单位点铁基复合电催化剂对于ORR表现出0.90 V vs RHE的高半波电位,ORR和OER的电位差为0.605 V。结构表征和理论计算表明,OER和ORR的有效活性位点应该是镶嵌在石墨烯上的FeN4组分,过电位确定步骤是O-O偶联。