金属空气电池（ZABs）具有安全、零污染、高能量、大功率、低成本及材料可再生等优点,因而被专家们认为是装备电动汽车等的理想动力电源。然而,充放电过程中缓慢动力学氧还原反应（ORR）限制了其进一步发展。开发高性能的ORR催化剂是解决该问题的有效方法之一。本文以金属锂、镁以及两者的合金为研究对象,以制备不同催化性能的碳材料（如蜂窝状、球状和管状碳）为研究目的。本文围绕碳材料制备、形貌结构与电催化性能三个方面进行,系统研究了蜂窝状、球状和管状碳材料的氧还原性能以及其电池性能。利用金属锂催生得到氮掺杂蜂窝状碳材料。采用高温热解的方法得到氮掺杂蜂窝状碳材料。通过对碳材料中引入氮使得碳材料表面的非金属活性位点增加从而增强了碳材料的ORR活性。Li-NDCC-800样品具有最佳的ORR催化性能,从K-L曲线拟合得出样品都是按照标准四电子反应路径进行,半波电位为0.81V,接近商业20wt.%Pt/C电极。由于Li-NDCC-800大的活性面积能承载更多ORR活性位点,因此Li-NDCC-800为ORR活性最好的样品。利用镁锂合金催生制备氮掺杂的碳纳米球。采用高温热解的方法得到氮掺杂碳纳米球。通过对温度的调节得到中空的碳纳米球,得到的碳材料具有同体积最大的活性面积,且其表面具有大量纳米片层碳使得其表面含有大量非金属活性位点,因此具有较好的ORR活性。样品Mg20Li-NCNB-1000为性能最好的样品,半波电位达到0.79 V。通过K-L曲线拟合结果得出样品都是按照标准四电子反应路径进行。实验之所以能得到碳纳米球是由于在合成过程温度对反应过程的影响所造成的。利用钴元素诱导金属镁催生制备钴氮掺杂的碳纳米管。采用高温热解和钴元素诱导的方法得到钴氮掺杂碳纳米管。由于在掺氮的基础之上引入了金属活性位点使得碳纳米管的ORR活性得到了极大的提升。Mg Co-NCNT-1100为性能最好的样品,同时样品的ORR性能远超商业化20 wt.%Pt/C对比样。通过K-L曲线拟合得出样品都是按照标准四电子反应路径进行,半波电位达到0.79 V。Mg Co-NCNT-1100组装锌空气电池,对电池循环性能进行测试,得出在电流密度为5 m A cm-2的条件下Mg Co-NCNT-1100在本次实验中循环了100 h,而商用20 wt.%Pt/C仅可循环18 h。变电流密度实验中,在电流密度为15 m A cm-2时商用20 wt.%Pt/C运行12 h后便失效了,而Mg Co-NCNT-1100可以通过实验。通过研究分析,在引入金属活性位点后材料的ORR活性得到了极大加强,对锌空气电池的负极反应增幅明显。