当今世界,能源危机和环境污染问题日益严重,对现有化石能源进行高效清洁利用或开发新型可再生能源是解决以上问题的有效途径。本文针对氢氧(H2-O2)燃料电池阴极催化剂以及钙钛矿太阳能电池光吸收材料领域存在的关键科学问题进行了以下两个方面的研究。燃料电池(Fuel Cells, FCs)是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置,具有能源利用效率高、清洁环保、携带方便等优点,已被实际应用于多个领域。但是由于其阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)所使用的电催化剂(贵金属铂,Pt)价格昂贵,FCs的商业化进程受到严重影响。开发非铂ORR电催化材料是解决这一瓶颈问题的重要途径。二维碳材料,尤其是掺氮石墨烯,具有比表面积大、电子传导能力强、热稳定性好、机械强度高等优点,被认为是有希望替代Pt的ORR阴极电催化材料。目前已报道的掺氮石墨烯在碱性介质中具有优良的ORR催化活性,但其在酸性介质中的ORR催化活性较差。针对这一问题,本文采用尿素作氮源,通过调控氧化石墨烯和尿素的热解温度,制备了一系列掺氮石墨烯,将其应用于ORR并进行了一系列结构表征和电化学性能研究。研究结果表明,掺杂石墨烯中N元素有多种存在方式(如吡咯N和吡啶N),热解温度影响N元素分布,其中,结构缺陷度高、各种N形态分布均衡的掺杂石墨烯在碱性介质和酸性介质中均表现出优异的ORR催化活性。作为光伏电池,钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)是当今光电领域的研究前沿。2012年至今,PSCs能量转化效率取得了重大突破,目前已超过20%。PSCs所使用的光吸收材料为有机-无机杂化铅卤钙钛矿(APbX3),其含有的重金属元素铅能够在生物体内累积,使人中毒,对环境也有潜在危害,这使得PSCs的大规模商业化前景暗淡。因此,对PSCs少铅化、无铅化的研究势在必行。为了保证钙钛矿的三维结构不被破坏,本文采用与铅离子等价且离子半径接近的锶离子来部分替代铅离子,制备了一系列少铅钙钛矿材料CH3NH3SrxPb(1-X)I3,并将其应用于少铅PSCs器件来进行研究。本文系统研究了锶元素掺杂对钙钛矿光吸收材料晶体结构、形貌、吸光性以及器件光电性能的影响。研究表明,一方面,锶元素取代少量铅元素并没有改变钙钛矿原有晶体结构；另一方面,锶元素的加入可以改善钙钛矿对氧化钛多孔层的覆盖率。其中,30%锶取代量的CH3NH3Sro.3Pbo.7I3可见光吸收强度优于全铅CH3NH3Pb3,但是基于少铅CH3NH3Sro.3Pbo.7I3的PSCs光电转化效率低于全铅钙钛矿器件。