迄今为止,铂（Pt）及其合金是目前燃料电池阴极催化氧还原反应（ORR）的最有效催化剂,但是该类催化剂的大规模应用受到成本高昂,易中毒失活以及地球中存储量有限等缺点的限制。因此,具有抗中毒和低成本等优点的碳基催化剂的研究得到了广泛的关注。本文针对生物质碳基氧还原催化剂和氮掺杂铁基碳化物氧还原催化剂进行了研究、重点针对该类催化剂的结构和催化氧还原性能进行了研究。通过本文的探索研究,得出以下结论:（1）以豆浆生物质为碳材料前驱体,与高性能的石墨烯通过水热一锅合成法制得催化剂前驱体,然后在不同气体氛围下热处理后制备了一系列碳基氧还原催化剂,得到了具有高比表面积(294 m² g^-1),良好电导率和高氮含量（9.4 at%）的还原型氧化石墨烯（rGO）插层的氧还原电催化剂（BDC/rGO-HT-NH₃）。线性扫描伏安法等电化学测试证明BDC/rGO-HT-NH₃催化氧还原的起始电位仅比商业20 wt%Pt/C催化剂低0.11V,该催化剂同时具有良好的稳定性,其催化氧还原的反应过程主要是4电子反应途径。（2）本论文研究了不同温度下直接热解不同比例的氯化铁盐和三聚氰胺的均匀混合物,制备了具有竹节状铁氮掺杂碳纳米管系列复合材料（Fe/N/C）。采用循环伏安法,线性扫描伏安法等电化学测试表明,在750℃热解20 mmol铁盐与40 mmol三聚氰胺的均匀混合物所制备N掺杂Fe/N/C-20-750催化剂在碱性、酸性电解液中均具有优异的催化ORR活性、长时间运行稳定性以及耐甲醇毒化能力。该催化剂催化的氧还原反应主要是4电子反应,大幅度降低了氧还原中间产物H₂O₂的生成。掺杂碳纳米管中的Fe、N共为二元活性中心,二者的协同作用提高了催化剂的电催化活性。SEM和TEM测试结果表明原位合成的Fe/N/C-20-750具有竹节状碳纳米管包裹活性金属的活性中心结构,碳纳米管形成的交叉网络结构以及良好的石墨化有效提高了电子传输效果,同时其较大的比表面积和分级多孔结构都大大增加了电催化活性中心,提高了氧扩散和电解质离子转移效率,从而大大提高了材料电催化氧还原性能。本论文主要研究和报道了石墨烯掺杂生物质衍生碳氧还原催化剂和三聚氰胺衍生碳包覆金属氧还原催化剂,两种材料都具有较好的催化氧还原性能,为后续的新型碳基氧还原催化剂的开发奠定了基础。