燃料电池是一项清洁、高效、适用领域广泛的发电技术。直接甲酸燃料电池是一种直接将甲酸中的化学能转化为电能的燃料电池装置。它具有理论开路电压高,安全低毒,燃料渗透率低等优点。然而,对贵金属电催化剂的依赖使甲酸电池成本居高不下。同时,阳极催化剂的失活快也影响了电池的工作寿命。本文基于苯胺类聚合物和硝酸盐类化合物,对非贵金属氧还原催化剂的原位合成工艺和电催化活性进行了探究。本文还研究了甲酸氧化反应的催化特性,并组装了直接甲酸燃料电池来检验催化剂的实际发电能力。本文以聚苯胺为碳、氮前驱体,纳米碳酸钙为造孔剂,合成了一种具有较高氧还原活性的非贵金属催化剂,并对催化剂进行了电化学分析。研究表明,使用纳米碳酸钙能够赋予催化剂多孔的结构,并增加比表面积,提升了催化活性。研究发现,在催化剂中掺杂硝酸盐,能够提升其氧还原活性。最后实验研究了热处理温度对催化活性的影响,结果显示850℃下处理得到的催化剂具有最高的氧还原峰电位。为了增强载体与过渡金属钴的结合,本文用聚邻苯二胺代替聚苯胺作为催化剂前驱体。实验证明,邻苯二胺与钴有较强的配位能力,能够形成原位合成钴氮掺杂的多孔碳催化剂。该材料具有更高的钴含量和更高的催化活性。之后对催化剂的制备工艺进行了优化。本文应用了液氮闪冻加冷冻干燥技术使前驱体中各组分分布更均匀,提高了催化剂的比表面积,还确定了引发剂和硝酸钴的最佳加入比例。制得的催化剂在0.5M硫酸中的氧还原半波电势可达0.73V(vs.RHE)。在旋转圆盘测试中,该非贵金属催化剂在硫酸中的起始氧还原电势已非常接近商业28.6%Pt/C。本文还制备了 20%Pd/XC-72催化剂,并研究了甲酸氧化反应的特性。实验发现,该反应具有极快的衰退速率。然而,催化剂在低电位下进行析氢反应,能够明显恢复其反应活性。最后,本文组建了直接甲酸燃料电池单电池装置进行了放电功率测试和极化测试。并对电池的工作条件进行了探究。阴极使用28.6%Pt/C催化剂时,在60℃下,最高功率密度可达93mW·cm-2。阴极使用聚邻苯二胺-硝酸钴多孔碳催化剂时,电池性能与10%Pt/C催化剂较接近,60℃下最高功率密度达24mW·cm-2。