鉴于能源需求的不断增长、气候变化和化石能源造成的污染,开发清洁和可再生能源技术势在必行。燃料电池和金属-空气电池因为具有较高的能量密度以及清洁可再生的特点,有望成为传统电池的替代品。然而,电化学氧还原反应过程（ORR）较慢,限制了能量的转换效率。贵金属催化剂虽然已经开始应用于商用电池,但它的成本很高、而且稳定性较差。因此,开发低成本、耐用、高效的非贵金属ORR催化剂已成为当下能源领域普遍的研究方向。大量的研究表明,利用成本较低且具有催化活性的过渡金属（Fe、Co、Ni）替代贵金属,与碳元素和氮元素形成的过渡金属-氮-碳型（M-N-C）催化剂具有优异的ORR催化活性。但,催化剂在实际应用中还要具有良好的耐久性。因此构筑一种稳定且高效的M-N-C型ORR催化剂材料具有非常高的现实价值。本文设计合成了一种具有独特结构的钴@氮掺杂碳纳米碗（Co@NCB）,通过多种测试手段表征了材料的组分物相以及结构形貌,并研究了它的ORR催化性能。本文的主要研究内容和成果如下:1.以间苯二酚、正硅酸四乙酯、甲醛以及乙酸钴为主要原料,通过水热、刻蚀、浸渍以及高温烧结获得了一种钴@氮掺杂碳纳米碗（Co@NCB）,并对Co@NCB进行了物相、组分、结构形貌、石墨化程度、比表面积等结构表征。2.进行了以Co@NCB作为ORR催化剂的电催化性能测试。测试结果表明,Co@NCB具有优异的ORR性能,在0.1 M KOH中进行了LSV测试,其半波电位E1/2相比于Pt/C催化剂偏正6 m V,另外在0.1 M KOH中进行了恒压稳定性测试,经过10 h之后依旧能保持95.5%的初始最大电流,远高于Pt/C催化剂（84.1%）。除此之外,Co@NCB还展现出远优于Pt/C的抗甲醇毒化性能,在电解液中加入甲醇对其性能基本无影响。将Co@NCB与碳纳米碗（CB）,氮掺杂的碳纳米球（NCS）,氮掺杂的碳纳米碗（NCB）,钴修饰的碳纳米碗（Co@CB）,酸处理的Co@NCB（Co@NCB-AT）以及商业Pt/C进行结构和性能的对比,发现Co@NCB的组分和结构形貌对其ORR催化性能都具有重要的意义。最后,Co@NCB在锌-空气电池中也展现出较为优异的性能。