锌-空气电池由于其高能量密度和零碳排放量而被认为是最有前景的下一代能源转换装置之一。然而氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）具有缓慢的动力学,因此需要高效的催化剂来驱动这些反应。目前最佳的ORR及OER催化剂均为贵金属基催化剂,但是其有限的资源、昂贵的成本和较差的稳定性阻碍了它们的发展。为了减轻对贵金属的依赖并进一步提升电催化性能,设计具有明确纳米结构和优化成分的非贵金属电催化剂具有重要意义。本论文巧妙地利用有机和无机模板,制备出了两种具有独特结构和优异电化学性能的催化剂材料。并使用多种物理手段（SEM,TEM,TGA,BET等）对材料进行了表征,深入探究了温度、酸除时间等对结构的影响以及形貌结构、化学组成对电化学性能的影响。具体研究内容如下:（1）硫掺杂的Co/N/C介孔纳米棒（S-Co/N/C MNR）催化剂的结构构筑及性能研究针对金属/氮/碳（M/N/C）材料合成过程中孔结构难以调控、金属物种易团聚的问题,本工作提出一种简便的奥斯特瓦尔德熟化辅助模板法,制备得到了结构可控的S掺杂Co/N/C介孔纳米棒材料。研究表明,S-Co/N/C MNR具有高度分散的Co/N/C活性位点,有效解决了热处理过程中金属颗粒团聚和分布不均的问题。在Co/N/C结构中进行了S掺杂,提高了电化学活性面积和固有活性。此外还依据奥斯特瓦尔德熟化效应优化了介孔纳米棒的结构特征（如表面积,孔结构）,使其充分暴露活性中心并促进离子的快速运输。因此无论是用于催化氧还原反应,还是用作锌-空气电池的空气电极催化剂,S-Co/N/C MNR都表现出非常优秀的催化性能。在0.1 M KOH中S-Co/N/C MNR表现出起始电位为0.970 V vs.RHE,半波电位为0.890 V vs.RHE的高氧还原催化活性,以及循环40000 s仅衰减2.6%的优异的长期稳定性。另外,用作空气电极催化剂时,所组装的锌-空气电池表现出卓越的长期循环性能。在5 mA cm^-2下可循环1000圈,且在循环200 h（600圈）后,其充放电电压差仅增加了16 mV（1.5%）。（2）话梅状碳化铁/钴/氮掺杂介孔碳球（Co/Fe₃C/PMNCS）催化剂的结构构筑及性能研究为了进一步提升材料的催化性能,采用双活性位点耦合策略,在具有Co/N/C活性位点的材料中增加Fe₃C活性位点并进行材料设计。以三聚氰胺甲醛微球作为模板,辅之以化学气相沉积（CVD）法,合成了具有独特话梅状形貌的镶嵌有Co/Fe₃C的氮掺杂介孔碳球。合成过程中使用到了用Fe³⁺直接引发多巴胺聚合这一新颖的包覆方法,且该方法是形成话梅状结构的关键。这种独特的话梅状结构具有充足的介孔结构,可以有效暴露大量的活性中心,且具有更大的电化学活性面积,保证传质过程快速进行。此外,Co/Fe₃C/PMNCS催化剂材料具有高活性的Fe₃C活性位点,加之对其进行了Co掺杂,形成了额外的Co/N/C活性位点,两者之间产生协同效应,有助于进一步提升催化活性。因此Co/Fe₃C/PMNCS展现出的ORR催化性能比之前报道过的材料都要优秀,在0.1 M KOH溶液中半波电位可达0.928 V vs.RHE,与目前性能最好的Pt/C催化剂相比提升了58 mV。同时,使用Co/Fe₃C/PMNCS作为空气电极催化剂所组装的锌-空气电池,最大功率密度可达44.2 mW cm^-2,较Pt/C的最大功率密度高49.8%。