燃料电池（Fuel cells）具有清洁,高效及可再生能源兼容等特点,是解决未来能源清洁利用和可持续发展的重要途径之一。近年来,随着碱性膜的不断进步,加上其价格低廉的优势,碱性膜燃料电池受到广泛的关注。氧还原反应（ORR）是燃料电池的重要过程,由于涉及复杂的多电子过程,其动力学速度缓慢,需要催化剂加速这一过程。尽管很多催化剂在碱性条件下表现出良好的稳定性,但铂金仍是目前最好的氧还原催化剂。然而,由于铂资源稀缺且分布不均,导致其价格昂贵且长期波动较大。发展基于廉价资源的非铂氧还原催化剂是解决燃料电池未来发展的根本。本论文发展了几种用于碱性介质中的非贵金属氧化原催化剂,系统研究了材料的结构、性能以及构效关系,得到的主要结果如下:（1）以磷酸,季戊四醇和三聚氰胺为前体试剂,采用高温热解法制备出一种三维纳米多孔结构的磷氮共掺杂碳基催化剂。在碱性溶液（0.1 M KOH）中,催化剂的半波电位达到0.87 V,接近商业Pt/C。通过对比实验发现,在合成阶段加入KOH不仅能够促进微孔和介孔结构的形成,提高催化剂的比表面积;还可以增加石墨化碳的形成,提高了催化剂的稳定性。（2）通过将葡萄糖,三聚氰胺,氯化锌和Fe Cl₃的混合物碳化来开发铁基电催化剂。我们发现Zn Cl₂可以作为催化剂来指导碳纳米管的形成。同时,它也可以用作成孔剂,以通过高温下Zn原子的蒸发在碳基质中形成大量晶格缺陷。这些缺陷可以牢固地捕获铁原子,从而避免在那里形成碳化铁或铁颗粒。所形成的催化剂就碱性溶液中的半波电势而言显示出类似铂的催化活性。在0.1 M KOH溶液中,催化剂的半波电位为0.89 V,与商业Pt/C催化剂相当,并且具有比商业Pt/C更高的稳定性。（3）银在碱性条件下具有良好的稳定性,但其对氧还原反应催化活性低。在这里,我们开发了一种原位电化学活化法来修饰催化剂的表面,大幅度的提高了银催化剂的活性,半波电位较传统银催化剂（半波电位:0.73 V）提高了将近135 m V,达到0.865 V,接近Pt/C催化剂。进一步的研究表明,活化后银表面出现高指数晶面,增强了对氧分子及其中间物种的吸附,从而提高了其催化性能。