面对日益严重的能源危机和环境问题,人们对发展高效、清洁、可持续的能源转换和储存装置的需求不断提高。质子交换膜燃料电池（PEMFCs）和锌空气电池（Zn-air）由于其安全无污染,且能量密度高等诸多优点近几年来被广泛关注。然而,不管是PEMFCs还是Zn-air电池,其阴极氧还原反应（ORR）缓慢的电化学过程严重阻碍了其进一步发展。目前,市场上被广泛使用的催化剂为铂基催化剂,但由于其高昂的成本和易被反应中间物占据活性位点而失活的特性影响了其规模应用。本论文在总结近年ORR电催化剂研究成果的基础上,制备了一系列过渡金属型催化剂,并对其微观结构和ORR性能做了探索性研究,总结如下:1.高催化活性Co-N-C型催化剂的制备及其在电催化氧还原中的应用本工作首次报道了利用对苯二胺和硝酸钴合成的金属有机配合物,并由此通过高温碳化处理制备了一种金属钴纳米颗粒负载在高石墨化程度的多孔碳上。并探讨了制备温度对材料催化活性的影响。由于该配合物本身所具有的特点,碳化过程中同时可以掺杂一定量的氮。利用酸洗除去大尺寸的金属钴颗粒,材料的催化性能得到了很大的提高。并探讨了酸洗过程对材料催化性能的影响,确定了催化活性位点为Co-N-C结构。并将催化剂应用在Zn-air电池中,也表现出了优异的性能。2.Fe,N共掺杂碳材料的合成及其氧还原性能研究首次报道了一种镉金属有机配合物的制备方法,并由此可在较低的温度下（400℃）制备多孔的碳材料。同时,在此工作的基础上在合成的过程中引入了具有催化活性的金属铁离子,探究了不同的镉离子与铁离子的加入摩尔比例对所制备的配合物结构的影响,进一步对形成的催化剂性能的影响以及在不同的碳化温度下对材料性能的影响。同时由于在制备材料中使用的有机配体为对苯二胺,含有丰富的氨基基团,在碳化的过程中可以引入一定量的氮。通过优化后得到了3-5 nm的铁纳米颗粒均匀的负载在多孔的,超薄的氮掺杂二维类石墨烯结构的碳材料上,由此表现出了优异的催化活性。同时将其应用在Zn-air电池中,表现出了优异的性能。3.不同掺杂方式对碳负载型Mn基催化剂氧还原性能的影响催化剂性能的优劣主要取决于活性位点的种类以及含量。本工作在总结上一个工作的基础上,在制备镉金属有机配合物的过程中引入Mn²⁺离子,制备了镉锰双金属有机配合物。将所制备的配合物在Ar、H₂/Ar混合气、NH₃等不同的气氛条件下碳化处理得到了具有不同的催化活性位点的催化剂,但同时又都是含有3-5 nm的Mn基纳米颗粒均匀的负载在多孔的碳材料上。由XPS的证明在NH₃条件下具有Mn-N_x结构的活性位点。进一步应用在氧还原中对比不同的活性位点之间性能的差异,发现NH₃条件下的催化剂性能要远远高于在H₂条件下,即在碱性测试环境中Mn-N_x的活性位点更具有与氧气结合反应的能力。将三种催化材料应用在Zn-air电池中,同样表现出了与ORR测试结果相符合,进一步证明了Mn-N_x具有优异的催化活性。