由于传统化石燃料的燃烧、人口增长、环境和气候变化问题日趋严重,从而严重阻碍了人类社会的可持续发展。电化学能量存储与转换技术如燃料电池、金属-空气电池、水裂解池,由于高效、环境友好和可持续性等优势已经引起了广泛的关注。其中,锌-空气电池和电解水制氢技术涉及到氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。目前,最先进的ORR、OER和HER催化剂都是基于贵金属(如Pt、Ir和Ru),但这些贵金属都存在储量低、成本高、稳定性差等缺陷。因此,开发成本低、活性高且稳定的非贵金属基双功能催化剂是很有必要的,但也面临着挑战。本文设计合成了三种新型的过渡金属聚卟啉衍生的过渡金属基杂化材料,并可以作为ORR、OER和HER的非贵金属电催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱等技术表征了所制备的杂化材料的形貌和结构性质,通过循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、旋转圆盘电极(RDE)、旋转环盘电极(RRDE)、计时电流法(i-t)和加速耐久性测试(ADT)等电化学方法研究了所制备催化剂的电催化性能,获得了许多有意义的结果,现总结如下:第一,通过热解Fe-Co聚卟啉包覆的羧基碳纳米管以及随后的酸洗处理,成功合成了新型Fe-Co合金纳米粒子包埋的、N掺杂碳涂覆的纳米管CNTs@(Fe,Co)PP-T(其中T代表热解温度)。经优化的CNTs@(Fe,Co)PP-700催化剂显示了出色的ORR和OER电催化活性和好的稳定性。使用CNTs@(Fe,Co)PP-700作为空气电极组装的锌-空气电池具有高的峰值功率密度、低的充放电电压差和优异的充放电循环稳定性,超过了贵重的Pt/C+Ru O2基的锌-空气电池。第二,通过一种温和的液相合成方法合成了泡沫镍担载的球形核壳铁-聚四苯基卟啉/镍-聚四苯基卟啉微粒(Fe TPP@Ni TPP/NF)。该材料在碱性介质中对OER和HER具有优异的电催化性能。以Fe TPP@Ni TPP/NF分别作为阴极和阳极组装的水电解池全水裂解的槽电压比Pt/C和Ru O2分别作为阴极和阳极组装的电解池的槽电压更低。第三,通过二氧化硅模板辅助和介孔二氧化硅保护策略制备了一种多级孔双金属Fe/Co-Nx-C单原子电催化剂。该催化剂显示出优异的ORR电催化活性和极好的耐久性,甚至优于商化的Pt/C催化剂。这项工作对于制备应用于锌-空气电池的高活性、稳定的单原子催化剂提供了一种新的合成策略。