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氧还原反应（ORR）是发生在质子交换膜燃料电池（PEMFC）和锌-空气电池阴极的核心反应。由于阴极ORR反应动力学过程迟缓,使得两种电池的功率密度难以大幅提高。贵金属作为电催化剂可以加快阴极ORR化学反应速率,由于其高昂的成本而限制了PEMFC和锌空电池的商业化规模应用。过渡金属修饰的碳材料具有替代铂基贵金属电催化剂的潜力,其在碱性溶液半电池中的ORR催化活性可以与商业Pt/C媲美,但在酸性介质却与Pt/C活性相差甚远,尤其在电池实际应用中的性能尚不能令人满意。开发高效ORR电催化剂是促进PEMFC和锌空电池的商业化发展的重要任务。过渡金属及其合金纳米颗粒修饰的碳材料已经被广泛报道具有有效的ORR活性,特别是研究表明二者的协同催化效应显著增强了ORR的催化活性和稳定性。然而对于主族金属及其合金是否能够有效促进碳材料的ORR电催化性能,尚缺少系统研究。主族金属Sn的亲氧性使其有助于氧气吸附和活化。Sn与C被证明可形成有效的Sn-C键。修饰在碳材料表面的Sn金属带来了良好的电子转移特性,促进碳材料的ORR催化活性大大提升。Sn元素最早用于古代青铜器,熔点低,高温熔融状态下易与各种金属形成合金,便于调控合金的d带活化中心。这些特点表明,主族金属Sn及其合金修饰的碳材料具有成为高效ORR电催化材料的潜力。论文对主族金属Sn及其合金作为ORR电催化材料展开了系统研究。主要结果如下:1)以5,10,15,20-四（4-氨基苯基）卟啉和2,4-吡啶二甲醛为构筑单元,采用Shiff-base偶联反应成功合成一种新型的二维多孔卟啉基共价聚合物（COFs）。其中作为还原剂的SnCl2及Sn（OH）x物种被残留在COFs。通过优化热处理,生成的金属Sn颗粒被成功负载在S-N共掺杂的多孔碳材料表面。复合Sn@S-N-C催化材料具有片状形貌,较大的比表面积。其在0.1M KOH碱性介质中催化ORR的半波电位达到了0.82 V,0.1 M HClO4酸性介质为0.69 V。对比没有负载金属Sn的S-N共掺杂碳材料,其ORR催化性能有显著的提高。证实主族金属Sn对于提高碳材料的ORR活性具有明确的促进作用。2)以上述有机单元进一步构建了一种Cu,Sn掺杂的多孔共价有机聚合物（Cu-Sn-COFs）。经热解衍生出了一种超细Cu6Sn5修饰的N,S共掺杂碳复合材料（Cu6Sn5@S-N-C）。该合金粒子尺寸控制在2-10nm且高度分散在多孔碳表面。Cu6Sn5@S-N-C-900在碱性溶液中催化ORR的半波过电位相比于Sn-S-N-C-900降低了40 mV,半电池测试表明其可与商业Pt/C相媲美,且稳定性得到了明显改善。3)以上述有机单元进一步制备了一种Fe,Sn共掺杂多孔共价有机聚合物（Fe-Sn-COFs）,经优化热解衍生出一种FeSn2@FeSnOx双壳纳米粒子修饰的S,N共掺杂碳复合材料（FeSn2@FeSnOx@S-N-C）。FeSn2@FeSnOx@S-N-C-900催化剂在0.1 M KOH中ORR半波电位达到0.88V,高于商业Pt/C 40 mV。0.1 M HClO4介质中的半波电位达到0.79 V,接近于Pt/C。而且其催化稳定性得到了大大提高,在5000次循环伏安测试中电流和电位没有显著改变。4)以5,10,15,20-四（4-氨基苯基）卟啉与2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三醛为构筑单元,借助Sn（OH）x助催化作用合成了一种新型卟啉基聚合物（Mn-Sn-CPFs）。经优化热解衍生出了富含高度分散Mn-Nx活性位的介孔碳材料（Mn-S-N-C）。生成的Sn颗粒经KOH刻蚀后起到硬模板作用。Mn-S-N-C-800材料催化ORR的半波电位在0.1 M KOH介质中达到了0.86V,在0.1M HClO4溶液中为0.60V,过氧化氢产率低至4.02%。