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能源短缺和环境污染是当今社会面临的两个亟需解决的问题,人类生产生活过度依赖石油、煤炭以及天然气等传统能源,不仅严重破坏了人类赖以生存的环境,而且也难以维持人类社会继续发展的需要。绿色清洁能源以及绿色制备化学品技术为人类的可持续发展提供了新的视野,如燃料电池、可充锌-空电池,是有望替代传统能源的清洁能源转化技术,将化学能有效地转化为电能。常温、常压电催化氮气还原合成氨是非常有前景的绿色制备化学品技术,如果能取代工业合成氨工艺,将极大减少合成氨工业对环境的污染。对于上述化学能转化为电能和电能转化为化学能技术,电极反应动力学缓慢,如氧气还原反应（ORR）、氧析出反应（OER）以及氮气还原反应（NRR）,需要高效催化剂加速这几类电极反应过程。目前,贵金属催化剂对这几类反应催化效果最好,但由于贵金属成本高、储量少,严重制约了它们的大规模商业化应用。因此,开发储量丰富的、高效的非贵金属催化剂,应用于上述电极反应,对改善当前的能源短缺和环境污染问题具有重要意义。本论文利用储量丰富的非贵金属（Fe、Mo）及杂原子（N、P）掺杂的碳,设计并合成了两类高效、稳定的氧气和氮气电极催化剂。通过对材料的形貌、组成及结构等进行调控,以提升催化剂性能,并揭示了材料的微观结构和催化性能之间的关系,取得的主要成果如下:（1）FeMo-基氮气还原合成氨电催化剂的制备及性能研究。以2,5-二甲基对苯二甲酸和铁、钼金属盐为原料合成具有规则球形结构的金属有机骨架（MOF）前驱体。然后,利用管式炉温控加热磷化上述前驱体制得MoFe-PC多孔微球（PC,磷掺杂碳）。通过构效关系研究得知,Fe、Mo氧化物与磷掺杂的碳为主要活性组分,协同催化了氮气还原合成氨的过程。该催化剂在酸性电解质中合成氨产率和法拉第效率分别约为34.23μg h-1 mgcat.-1和17.0%,优于大多数报道的NRR电催化剂。同时,该催化剂也表现了良好的稳定性,法拉第效率和产率多次循环测试后未见明显衰减。（2）高效无金属双功能OER和ORR催化剂制备及可充锌-空电池性能研究。以CsCl作为模板,植酸为碳源、磷源,NH3为氮源合成了一种氮、磷共掺杂多孔纳米碳催化剂（NPC-“Cs”）。其中金属Cs通过高温酸洗除掉。该催化剂含有丰富的C=O、P=O亲水基团,以及微孔通道,这些特点有利于电解液与电极充分接触、微球内外活性位点充分暴露。NPC-“Cs”表现出优异的ORR和OER双功能催化活性在0.1M KOH中,ORR的半波电位为0.85 V（vs.RHE）,与商业Pt/C相当。此外,在1M KOH中,OER的过电位为343 m V,低于商业IrO2。我们也将该催化剂组装成锌-空原电池及可充电池,该催化剂显示了优异的全电池催化性能,其中,锌空气电池比电容为697 m Ah gZn-1,对应的能量密度约为864 Wh Kg Zn-1,与商业Pt/C相当。可充锌-空电池显示了优于贵金属（Pt/C+IrO2）组成的电极的性能,经过20多小时充放电,该催化剂组装的电池充放电过电势之和没有明显增加,表现了优异的稳定性和能量利用效率。