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氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）对于燃料电池和金属空气电池有着十分重要的作用。但是,ORR动力学过程缓慢,需要使用催化剂来加速反应速率。目前,Pt等贵金属催化剂仍然是最为高效的氧还原催化剂,而碳材料负载的非贵金属催化剂由于价格低廉、性能优异,同样展现出较好的应用前景。目前常用的氧还原催化剂合成方法如机械球磨法、溶胶凝胶法、水热法、电解法和气相还原法等,工艺复杂,价格昂贵,环境不友好,常常需要使用有毒的化学试剂。而生物合成方法具有条件温和、环境友好、无毒无害等优点,越来越引起人们的广泛关注。本文以廉价的细菌作为过渡金属的天然还原剂,成功合成了贵金属Pd/氧化还原石墨烯（reduced graphene oxide,rGO）与细菌的杂化物,以及非贵金属（Co,Fe）与细菌的杂化物,通过高温碳化处理后获得碳材料负载的不同过渡金属元素催化剂,并对其成分、形貌和ORR催化活性进行系统的分析。论文的主要研究内容和成果如下:（1）利用细菌Shewanella oneidensis MR-1制备了Pd/rGO与细菌的杂化物,经过高温碳化后,研究其化学成分、微观结构和ORR催化性能。结果表明,Shewanella oneidensis MR-1可以有效还原Pd离子和GO合成Pd/rGO与细菌的杂化物。值得指出的是,rGO的引入可以极大提高Pd的收集率,并降低催化剂中Pd的颗粒尺寸,经800℃煅烧后表现出优越的ORR性能,在0.1 M KOH电解质中具有0.92 V（vs.RHE）的起始电位和0.81 V（vs.RHE）的半波电位以及5.2 mA cm-2的极限电流密度,过氧化氢产率在5%以下,并且具有良好的耐久性和甲醇耐受性。（2）为了进一步降低催化剂的成本,我们利用重组大肠杆菌制备出含钴生物杂化物,以不同的温度煅烧获得生物炭负载钴催化剂,通过XRD、SEM、HRTEM、XPS和电化学性能测试等方法,对催化剂的物相、形貌、价键和催化活性进行分析,并研究了不同的热处理温度对ORR性能的影响。结果表明,在900℃下热解时,制备的催化剂表现出较好的氧还原催化性能,在0.1 M KOH电解质中具有0.94 V（vs.RHE）的起始电位和0.76 V（vs.RHE）的半波电位,极限电流密度为3.92 mA cm-2。同时具有良好的耐久性和甲醇耐受性。（3）类似地,利用重组大肠杆菌制备出含铁生物杂化物,通过XRD、SEM、TEM和XPS等表征手段,对生物合成的杂化物的成分、微观结构和价键进行分析,并研究不同的热处理温度（700、800、900和1000℃）对催化剂ORR性能的影响。结果表明,热解温度对于催化剂的催化活性影响并不大,在900℃下热解时,催化剂表现出最佳氧还原性能,在0.1 M KOH电解质中具有0.90 V（vs.RHE）起始电位和0.67 V（vs.RHE）半波电位,极限电流密度为4.32 mA cm-2。