因全球气候变化异常和化石燃料的过度使用而造成的环境污染已经对人类社会的发展产生了严重的影响。燃料电池作为一种高效环保的能源转换装置,可以有效提升能源使用效率并减少环境污染,因此,受到了人们的特别关注。阴极氧还原反应（ORR）的缓慢动力学过程是质子交换膜燃料电池（PEMFCs）研究的主要瓶颈之一,商业化应用中一般采用Pt基催化剂来提升阴极缓慢的动力学反应速率;然而Pt基催化剂价格高昂、稳定性和抗甲醇毒化性差等缺点极大地限制了燃料电池的发展。为了解决燃料电池中的关键问题,本文提出了一种离子液润胀化学活化法来制备基于生物质的多孔碳材料,这种多孔碳材料具有良好的ORR电催化性能以及显著的稳定性。具体研究内容如下:（1）以棉花作为生物质前驱体,采用三种不同类型的活化剂（Na OH、Zn Cl2、H3PO4）对其进行活化预处理,得到具有弹性的生物质混合物,然后直接热解碳化制备出具有发达孔隙结构的多孔碳材料。通过电化学测试探究效果最佳的活化剂和实验条件,实验结果表明,经过Na OH活化而制备出的生物质多孔碳材料DC-800的比表面积最高,达到1,257.57 m~2g-1,且其氧还原电催化性能表现最佳。该多孔碳材料在ORR中的极限电流密度达到4.3 m A cm-2,起始电位达到0.83 V,并且其稳定性远优于商业Pt/C。（2）为研究离子液润胀化学活化法对多孔碳材料氧还原性能的影响,在上一章的基础上,使用Na OH/尿素离子液充分润胀棉纤维并部分溶解棉纤维表面,然后在不同碳化温度下制备出氮掺杂多孔碳材料。物理表征和ORR性能测试表明当碳化温度为800℃时,优化后得到的氮掺杂多孔碳材料NDC-800比表面积达到2,183.76 m~2g-1,具有更加发达的微观孔隙结构。这种富含三维介孔结构的氮掺杂多孔碳材料表现出优异的电催化性能,其起始电位达到0.90 V,极限电流密度达到4.81 m A cm-2,综合来看其电催化性能基本接近于商业Pt/C催化剂。（3）最后将过渡金属Fe元素引入生物质多孔碳材料中。使用Na OH/尿素/柠檬酸铁离子液对棉花进行活化和掺杂,制备出铁氮共掺杂多孔碳材料,探究了掺杂不同质量配比的柠檬酸铁对样品电催化性能的影响。电化学测试表明当Na OH/尿素/柠檬酸铁质量配比为7:12:0.05时,所制备的铁氮共掺杂多孔碳材料Fe NDC-0.05-800具有最优异的ORR催化活性,其起始电位达到0.87 V且表现出非常优异的稳定性。