由于其高效率和环境友好性等特点,燃料电池逐渐成为最具有潜力的下一代能源转换装置。碱性溶液中的催化氧还原反应作为燃料电池中一种关键的阴极反应,应用于广泛的能源技术中,另外由于阴极氧还原反应中存在的高过电位的问题,寻找一种高效的阴极催化剂成为必然趋势。目前,Pt及其合金迄今为止被认为是最有效的商用催化剂,但由于Pt拥有成本高,稳定性不足等缺点,从而阻碍了其大规模的使用。因此,大量的研究工作一直致力于寻找有效且低廉的电催化剂。其中,因为非贵金属催化剂拥有高催化活性,低成本和良好的耐久性受到越来越多的关注。本论文采用简单并且新颖的方法合成了几种以含氮稠环化合物为前驱体的非贵金属氧还原催化剂,对其性能进行了表征和研究。所研究内容如下:(1)这项工作中合成了一种新型非贵金属氧还原反应(ORR)催化剂(Fe-PIPhen/C),在本文中,通过化学反应以富含氮的前驱体(PIPhen)用作配体来合成富氮铁配位络合物(Fe-PIPhen),然后将络合物负载到碳粉上形成目标Fe-PIPhen/C催化剂。结果表明,Fe-PIPhen/C具有良好的性能,过氧化氢产率低,仅为2.58%,碱性介质中的平均电子转移数为3.93。(2)将之前报道过的配体(PDOC)通过油浴操作得到目标产物Fe-PDOC/C,之后为了探索煅烧对于电催化性能的影响,本工作中引入了管式炉程序对Fe-PDOC/C进行升温到700℃,800℃和900℃操作。首先通过SEM和XPS等测试对物质表面进行了表征,之后通过电化学测试结果可以发现煅烧之后的催化剂催化性能均有了明显的提高,且煅烧之后的Fe-TPPZ/C-700催化剂性能最佳。综上所述,本工作初步证实了煅烧处理能够使氧还原催化剂的催化性能得到进一步的提高。(3)在本工作中,合成的富氮化合物(FPPHA)作为氧还原反应(ORR)催化剂的前驱体,然后经过金属配位和碳粉负载操作以及管式炉煅烧操作形成四种复合催化剂。结果表明,在热解后的物质中,Fe-FPPHA/C-800具有最佳的氧还原催化性能,平均电子转移数和过氧化氢产率分别为3.86和6.7%。另外为了进一步探究其催化机理,对Fe-FPPHA/C-800催化剂进行了酸洗操作,结果证实酸洗后的催化剂的催化活性降低,说明煅烧过程中产生的氧化物和碳化物同样起催化作用。(4)首先通过无机反应合成含一种三联吡啶型的含氮化合物(pytpy),然后经过金属离子的络合反应和碳粉的负载操作初步得到配合物Fe-pytpy/C,之后的热解操作得到Fe-pytpy/C-700,Fe-pytpy/C-800和Fe-pytpy/C-900三种催化剂。对所制备的物质经过物理和电化学表征,结果表明Fe-pytpy/C-700,Fe-pytpy/C-800和Fe-pytpy/C-900三种催化剂的性能优于Fe-pytpy/C,并且Fe-pytpy/C-800催化剂的性能最优,反应途径遵守四电子路径。