铂是目前燃料电池中应用最广泛的阴极氧还原反应（ORR）催化剂,但是铂在自然界中的储量较低,而且成本较高,从而限制了其广泛应用,进而也限制了燃料电池的应用推广,因此开发高活性、低成本、高稳定性的氧还原催化剂就成为目前燃料电池大规模应用的关键技术。在已研究的多种催化剂中,过渡金属元素碳化物、氮化物、硫化物等多种化合物展现出优异的氧还原催化性能和巨大的应用潜力。因此,本文对铁基金属硫化物、钛基碳化物以及氮掺杂钴基碳化物氧还原催化剂的制备、结构和催化氧还原性能进行了研究。通过本文的研究,得出如下结论:（1）研究了退火和一步水热法制备纳米FeS₂@rGO和FeS@rGO氧还原催化剂,X射线衍射,扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试表明FeS₂为八面体结构,FeS为六方片层状结构。循环伏安法,Tafel,线性扫描伏安法,旋转圆盘电极和旋转环盘电极等电化学测试对其催化氧还原反应性能的研究表明,FeS₂@rGO在碱性介质中的氧还原起始电位为-0.142 V（vs Hg/Hg₂Cl₂）,这接近于现有的商业Pt/C（-0.114 V vs Hg/Hg₂Cl₂）催化剂,其优异的催化氧还原性能可以归因于FeS₂中S-S键对氧吸附的增强以及电子云密度的增大,与FeS中的单硫键相比,S-S键更能促进氧气分子的吸附和氧-氧键的断裂。（2）研究了一种以碳纳米管（CNT）作为碳源,钛粉（Ti）作为钛源,利用碘钠热反应法一步原位合成共轴结构碳化钛（TiC@CNT）的方法。X射线衍射,扫描电子显微镜和透射电子显微镜测试表明TiC包覆在CNT表面,形成了共轴结构。循环伏安法,Tafel,线性扫描伏安法,旋转圆盘电极和旋转环盘电极方法研究表明,TiC@CNT催化剂在碱性和酸性电解液中都具有较高的氧还原反应催化活性,其催化的氧还原反应主要是4电子反应。TiC@CNT中的CNT起到良好的电子传递作用,而TiC表面形成了丰富的氧还原反应催化活性中心,TiC良好的催化性能与CNT良好导电性的协同作用使得TiC@CNT具有与Pt/C相似的催化氧还原性能。（3）合成了一种Fe掺杂的六氰合钴酸钴（Co₃[Co（CN）₆]₂）MOFs衍生的还原氧化石墨烯负载氮掺杂碳核-壳结构CoC_x/FeCo（CoC_x/FeCo@NC/rGO）复合氧还原反应催化剂,扫描电子显微镜和透射电子显微镜等结构测试表明CoC_x/FeCo的碳壳与石墨烯载体彼此嵌合,这为CoC_x/FeCo提供了大的比表面积和充足的催化活性位点。循环伏安法,线性扫描伏安法等电化学测试证明N掺杂CoC_x/FeCo@C/rGO催化剂具有比Pt/C（1.0174V vs RHE）更高的催化氧还原反应起始电位（1.0183V vs RHE）和更好的长时间运行稳定性,其催化的氧还原反应主要是4电子反应。密度泛函理论计算证实Fe原子增强的正电荷更有利于O₂的吸附,并且随着电荷转移数的增加,所吸附氧气的O-O键键长增大,从而促进了氧还原反应的发生。