随着全球能源短缺和环境污染问题的加剧,可持续社会的发展逐渐成为了热门话题。锌-空气电池因其高能量密度、低成本、零污染等优势,从能量转换和存储装置中脱颖而出。然而,锌-空气电池中空气电极侧的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）缓慢的动力学,极大限制了其商业规模化生产和应用。目前,催化活性最好的ORR和OER催化剂仍然是贵金属催化剂Pt/C和Ru O2,但价格高昂、易CO中毒、稳定性差等问题限制了它们的发展。碳基无金属催化剂因具有低成本、高活性、高稳定性,有望成为商业贵金属催化剂的替代者。生物质丰富多样化的成分和结构,是制备碳基无金属催化剂的优良前驱体,逐渐受到了研究者们的青睐。研究表明,通过引入杂原子（比如N、B、P、S等）和缺陷可以改变碳材料的电荷分布并提高电催化性能。本论文中,我们以生物质废弃物为碳前驱体制备了氮掺杂多孔碳材料,对其结构和催化性能进行表征,并进一步应用在锌-空气电池中。研究成果如下:（1）以西瓜皮为前驱体,通过一种简单的无模板法,制备了西瓜皮基氮掺杂多孔碳（N-WPAC）。结果表明,N-WPAC具有高的电化学活化面积和优异的ORR性能,并且稳定性和甲醇耐受性能优于贵金属催化剂Pt/C。DFT理论计算探究了催化活性的起源,表明N-WPAC中吡啶N的存在,使催化活性得到了明显改善。最后,基于N-WPAC催化剂组装的锌-空气电池也展现出了优异的放电性能,证明了其潜在的使用价值。该工作为开发经济、可持续的生物质碳基无金属催化剂提供了一种有效思路。（2）以罗汉果皮为前驱体,通过“一锅端”法,制备了罗汉果基氮掺杂分级多孔碳（N-SGPC-X）。通过改变碳化温度（700℃～1000℃）,在KOH和尿素的协同作用下,同时实现了原位N掺杂和分级多孔结构的优化。结果表明,N-SGPC-900℃拥有较高的N含量和最优的微孔/介孔比例。电化学测试证明,N-SGPC-900℃具有高电化学活化面积和优异的电化学性能,较小的阻抗进一步解释了其优异电催化性能的原因。此外,基于N-SGPC-900℃催化剂组装的可充电锌-空气电池也展示出了优异的充放电性能。该工作对设计、制备和调控具有ORR和OER双功能的生物质碳基无金属催化剂具有重要的参考意义。