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随着全球对清洁能源的迫切需求,燃料电池以其高的转换效率和低的碳排放而展示出巨大的应用前景。相比于质子交换膜燃料电池,碱性阴离子交换膜燃料电池具有更快的反应动力学并且可以选用低成本的非贵金属催化剂。目前,非贵金属催化剂主要包括M-N-C材料以及杂原子掺杂碳材料。其中,M-N-C型催化剂以较高的催化活性有望成为Pt/C催化剂的替代品。但是,高温处理的制备过程难免会导致M-N-C型催化剂活性颗粒的物理性堆积而影响催化剂的催化性能。MXene作为一种新型的二维纳米材料,由于其具有良好的导电性,抗腐蚀性以及大的比表面积,可以成为非贵金属催化剂的载体,并且其独特的理化性质也可以提高催化剂的催化活性及稳定性。本文以MXene及其复合材料为载体,基于沸石咪唑骨架（ZIF）,采用原位生长和高温热解的方法制备了三种M-N-C@MXene材料作为高性能的非贵金属氧还原催化剂。本文首先利用HCl和LiF制备了单层Ti3C2Tx-MXene,通过原位生长ZIF-67/ZIF-8以及高温热解的方法制备了Co/Zn-N-C@Ti3C2Tx催化剂。由ZIF-67/ZIF-8衍生的Co/Zn-N-C提供了丰富的Co-N和Zn-N等活性位点,并有效避免了MXene纳米片的重新堆积。Co/Zn-N-C@Ti3C2Tx催化剂在1600rpm下的半波电位和极限扩散电流密度分别为0.847V和6.13m A cm-2,表现出优异的电催化活性。在经过30000s的计时电流测试后,Co/Zn-N-C@Ti3C2Tx催化剂的电流仍保持在95.17%左右,明显高于Pt/C催化剂的79.79%,同时还展现出优异的抗甲醇性能。在60℃下,基于Co/Zn-N-C@Ti3C2Tx催化剂组装的燃料电池峰值功率密度达到51.4m W cm-2。本文采用HF制备了少层的Mo2TiC2-MXene,并在合成ZIF-8的过程中掺入Fe元素,在900℃氩气气氛下通过热处理制备了Fe-NC@Mo2TiC2复合催化剂。物相表征表明Fe-NC@Mo2TiC2催化剂不仅具有丰富的Fe-Nx活性位点,同时还拥有一定量的Mo-N位点,从而使得Fe-NC@Mo2TiC2催化剂展示出优异的ORR催化活性,其半波电位和起始电位分别高达为0.884V和0.967V,表现出的催化活性显著优于Pt/C催化剂,甲醇耐受性也远好于商业Pt/C。经30000s的计时电流测试后,Fe-NC@Mo2TiC2催化剂的电流只降低了4.2%,而Pt/C催化剂降低了28.4%,说明Fe-NC@Mo2TiC2催化剂具有比Pt/C催化剂更加优异的长期耐久性。本文还研究了三维复合载体对M-N-C催化剂催化性能的影响。采用水热法制备了具有三维结构的Mo2TiC2-rGO3D复合载体,并在原位生长ZIF-8的过程中掺杂了Cu和Ni元素,制备了Cu-Ni-NC@Mo2TiC2-rGO3D催化剂。在氧还原测试中,Cu-Ni-NC@Mo2TiC2-rGO3D催化剂具有比Cu-Ni-NC@Mo2TiC2-rGO2D更高的催化活性,表明3D复合载体的多孔结构和大的比表面积可以有效提高催化剂的催化性能。在经过2500圈加速老化实验后,Cu-Ni-NC@Mo2TiC2-rGO3D催化剂的半波电位仅下降了10mV,远低于Pt/C催化剂的25mV,证明了其优异的稳定性。此外,Cu-Ni-NC@Mo2TiC2-rGO3D催化剂还具有优异的抗CO和抗甲醇中毒性能。