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质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）因具有能量转化率高、低污染、可靠性高和噪音低等优势而受到高度关注。电催化剂是燃料电池的关键材料。常用的电催化剂是铂碳（Pt/C）,用于改善燃料电池氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）的动力学。然而,贵金属铂的成本高、储量低,严重阻碍了燃料电池的商业化进程。设计和制备新型非贵金属电催化剂替代铂基电催化剂具有重要的意义。本论文通过热解自组装的铁卟啉,获得一系列非贵金属电催化剂。主要研究结论如下:（1）以价格低廉的铁卟啉（氯化血红素,Hemin,缩写为Hm）为前驱体,通过先溶解再析出的方式进行自组装（Self-Assembly,SA）,再经950℃热解,得到电催化剂SA-Hm（950）。在酸性和碱性电解液中,电催化剂SA-Hm（950）的ORR活性明显优于直接热解氯化血红素制得的电催化剂。在碱性电解液中,工作电极上电催化剂的载量为0.8mg cm-2时,电催化剂SA-Hm（950）的起始电位(Eonset)和半波电位(E1/2)为0.893和0.807V（vs.RHE）,比直接热解氯化血红素制得的Eonset（0.882Vvs.RHE）和E1/2（0.783V vs.RHE）分别提高11和24mV。活性提高的主要原因是自组装技术提高了氯化血红素的分散性,降低了铁颗粒的尺寸,有效地抑制了颗粒的聚集,使活性位得以有效地暴露。与工作电极上Pt载量为5μgPt cm-2的商业Pt/C的Eonset（0.908V vs.RHE）和E1/2（0.832Vvs.RHE）相比,分别相差了15和25mV。在耐久性测试中,经1500圈的循环扫描后,商业Pt/C在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度衰减了52%,而电催化剂SA-Hm（950）在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度仅下降了 8.8%。（2）将氯化血红素自组装在商业炭黑的表面,经950℃热解,制得氧还原电催化剂,有效地提高了铁物种的分散性。在碱性电解液中,工作电极上电催化剂的载量为0.2mg cm-2时,电催化剂SA-30Hm/EC600（950）的E1/2（0.875V vs.RHE）与工作电极上Pt载量为40 μgPt cm-2的商业Pt/C的E1/2（0.873V vs.RHE）基本相同。在电催化剂SA-30Hm/EC600（950）的作用下,中间产物HO2-的产率低于0.7%,平均电子转移数为3.99,说明主要发生直接四电子转移的氧还原反应过程。高密度的铁基活性物种的良好分散是电催化剂SA-30Hm/EC600（950）具有优异ORR活性的主要原因。在耐久性测试中,经2000圈的循环扫描后,商业Pt/C在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度衰减了 54%,而电催化剂SA-Hm/EC600（950）在0.8V（vs.RHE）对应的电流密度衰减了 26%。以SA-30Hm/EC600（950）为阴极电催化剂组装碱性膜燃料电池单电池,当电催化剂载量为2.4mg cm-2,碱性聚合物的含量为35wt%时,单池功率密度达到259.2mW cm-2。（3）室温下,以带有相反电荷的铁卟啉（FeⅢNMePyP和FeⅢTPPS4）为前驱体,通过离子自组装得到纳米花状结构。经775℃热解,纳米花形貌得到了良好地保持。分子动力学研究发现,带有相反电荷的铁卟啉之间形成电荷不匹配的二聚体,相邻的卟啉二聚体之间通过π-π、空间位阻、范德华力和静电作用得到扭曲的分子链,分子链之间发生相互缠绕形成稳定的球状体。经分子动力学高温模拟发现球状体具有优异的热稳定性,较好地解释了纳米花高温热解后形貌得以保持的现象。在0.1 MKOH水溶液中,工作电极上电催化剂载量为1.2mg cm-2时,纳米花状电催化剂FeⅢNMePyP/FeⅢTPPS4-RT-775的Eonset和E1/2为0.926和0.842V（vs.RHE）。与工作电极上Pt载量为20μgPtcm-2 的商业 Pt/C的Eonset（0.934V vs.RHE）和E1/2（0.858V vs.RHE）相比,分别相差了 8和16mV。在 0.1M HClO4 水溶液中,电催化剂 FeⅢNMePyP/FeⅢTPPS4-RT-75 的Eonset和E1/2为0.875和0.792V（vs.RHE）,与工作电极上Pt载量为10μgpt cm-2的商业Pt/C的Eonset（0.943V vs.RHE）和 E1/2（0.869V vs.RHE）相比,分别相差了 68 和77 mV。在0.1M HClO4和0.1M KOH水溶液中,所得电催化剂的耐久性均优于商业Pt/C。该方法为设计和制备结构可控的非贵金属电催化剂提供了一条有效的合成路线。