铂基金属催化剂（PGM）的成本和稀缺性严重限制了燃料电池的商业化。因此,寻找地球上储量丰富的物质作为氧还原反应（ORR）的催化剂已成为一个重要的研究热点。由于碳具有多样化的结构、化学稳定性、高导电性和极高的表面积等优点,杂原子掺杂纳米碳材料即非金属碳基催化剂被认为是最有前景的ORR催化剂之一。虽然非金属碳基催化剂在ORR活性方面取得了显著的进展,但其活性位点和ORR机理尚不清楚。争论的焦点集中于吡啶氮、石墨氮、缺陷结构甚至痕量金属杂质在ORR中扮演的角色。然而,由于碳基材料的多样性和表面结构的复杂性,很难确定活性位点的性质。在此,通过杂原子掺杂和去除设计了一系列非金属碳基催化剂。通过调节氧浓度、氮浓度和缺陷密度,在这种非金属碳基催化剂中观察到缺陷密度和ORR活性之间的相关性。对于氧浓度或氮浓度,则没有发现与活性的相关性。值得注意的是,碳的缺陷来源于除氮和除氧,且两种类型缺陷都与ORR活性呈正相关。同时,非金属碳基催化剂检测到了痕量金属杂质(铁142 mg·kg^-1)。痕量金属的存在显著提高了氧还原活性。我们利用SCN^-离子毒化金属中心活性位点,观察到剩余非金属位点的活性与缺陷仍有相关性。因此,非金属碳基催化剂的活性主要来源缺陷位和痕量金属。路易斯碱位可作为氧气吸附的位点。因此,调控碳基体的碱性将影响ORR催化剂活性。通过氮原子掺杂和去除的方法制备一系列碳基非金属催化剂,并且通过Boehm滴定测量这些催化剂的路易斯碱度和碱量。在该系列催化剂中,平均路易斯碱度pKa均接近8.2。碱量则从125.5变为165.5μmol·g^-1,这与表面氮和氧浓度的变化有关。此外,实验中观察到碱量与ORR活性之间正相关,并且碱量基础上估算的ORR转化频率为0.219 e·sites^-1·s^-1（0.6 V vs.RHE）。