随着经济发展,人们对于能源的需求日益增加,但有限的化石燃料的大量使用导致了严重环境污染,使人类面临能源与环境的双重危机。为平衡人类发展与环境保护的问题,开发新型清洁能源技术尤为重要。燃料电池因其高能量转换效率、高功率密度、相对较低的工作温度、低噪音以及低至零排放等优势,被视为一种有望替代燃烧化石燃料的新型清洁能源技术。电催化剂在新型清洁能源技术中扮演着至关重要的角色。目前,贵金属(如铂)催化剂是使用最为广泛的催化剂,但由于其成本高、稀缺、耐久性差以及污染物耐受性差等原因限制了贵金属的大规模使用。因此,寻找可用于新型清洁能源技术的低成本的高效电催化材料已成为当今科研的热点话题之一。本论文基于解决电催化领域的重要科学问题的目标,通过非贵金属材料合成和调控,制备了一系列高性能的氧还原电催化剂。主要研究内容和创新点如下:一、以C3N4为软模板,在C3N4表面合成聚苯胺,同时引入铁源酞菁铁(PcFe),制得前驱体,进一步高温碳化前驱体,得到铁氮共掺杂纳米片层多孔材料(FeNSPC)。C3N4的加入使得材料从较为密实的块状结构转变为疏松多孔的纳米片层结构,使其表面积和孔隙率都有很大提升,且FeNSPC在碱性和酸性电解质中均表现出优异的氧还原催化性能。二、通过以SiO2为硬模板,热解氨基葡萄糖盐酸盐和三聚硫氰酸的前驱体,制备了N,S共掺杂的分级多孔碳材料(NSHPC)。所得的NSHPC在碱性和酸性介质中均表现出优异的氧还原(ORR)催化性能,并且还具有很好的二氧化碳还原性能。另外,我们将NSHPC在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中进行测试,得到其最大功率密度为276.3 mW cm-2。因此,该催化剂的制备过程为设计和合成高效电催化剂提供了新的思路。