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20世纪所建立起来的庞大能源系统是基于化石燃料的燃烧过程得到所需的能量,不但转化效率低,浪费严重,而且该过程所产生的大量粉尘、二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物等有害物质正严重地威胁着人类的生存环境。燃料电池作为一种高效且环境友好的能源转换装置,不经过燃烧过程,不受卡诺循环限制,在汽车动力和家庭用电等方面有着广阔的应用前景,是未来可持续能源体系发展的重要目标。燃料电池阴极氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）由于动力学过程非常缓慢,是决定燃料电池总体性能的关键步骤。目前,Pt基催化剂由于具有高的催化活性仍然是最主要的ORR催化剂。然而,Pt储量低、价格高等问题严重制约了燃料电池的商业化发展。因此,开发高效、低成本的非Pt类ORR催化剂是实现燃料电池商业化的关键。本论文针对燃料电池新能源体系,以低成本和性能优异的ORR催化剂材料为目标,探索发展简单、绿色可行的方法来制备氮掺杂空心碳球并研究其ORR电催化性能。本论文的主要工作如下:（1）以油酸钠（SO）和P123为软模板,2,4-二羟基苯甲酸（DA）和六次甲基四胺（HMT）为碳源,采用水热法合成空心聚合物微球（HPSs）。分别以氨气和氨水为氮源,HPSs为前驱体,制备氮掺杂空心碳球。研究表明,不管以氨气还是氨水为氮源,其比表面积均增大,形成多级孔结构,ORR催化活性极大提高,主要是四电子催化反应,双氧水产率低于10%。但以氨气为氮源时,其具有更高的比表面积(820 m2g-1)和ORR催化活性。（2）基于HPSs的合成机理,以三聚氰胺为氮源,采用原位聚合和随后高温热解的方法合成原位氮掺杂碳纳米颗粒负载在空心碳球上的复合材料（NHCSs）。研究表明,三聚氰胺对其形貌、结构和电催化氧还原性能具有重要影响。加入三聚氰胺后,形成了大量的微孔,为ORR提高了微反应场所,其比表面积和ORR催化活性显著提高。当三聚氰胺与HMT的摩尔比为1时,制备的NHCS-2具有最高的比表面积(837.7 m2 g-1)、微孔比表面积(620.1 m2 g-1)以及吡啶氮和石墨氮相对总含量（64.9 at%）,其ORR催化活性最高,主要是四电子催化反应。（3）以氨气为氮源,无水氯化铁为铁源,HPSs为原位碳模板,制备Fe、N共掺空心碳球（FeNCSs）。研究表明,铁的掺杂量及热解温度对其形貌、结构和电催化氧还原性能具有重要影响。当铁与碳的质量比为2 wt%且1000℃热解时,制备的FeNCS-1000具有最高的比表面积(613 m2 g-1)和Fe-Nx相对含量（38.9 at%）,且在碱性溶液和酸性溶液中均表现出最优的ORR催化活性。在碱性溶液中,FeNCS-1000表现出比商用Pt/C催化剂更好的ORR催化活性,其半波电位为0.886V（vs.RHE）,比Pt/C催化剂的半波电位高15 mV。无论在碱性溶液还是酸性溶液中,FeNCS-1000均表现出优异的ORR催化活性,是直接四电子催化反应,双氧水产率均低于10%,且具有比Pt/C催化剂更好的稳定性和抗甲醇中毒性能。