科学技术的发展给我们的现代社会带来了极大的便利。然而,先进的技术大多依赖于碳基燃料如煤炭、天然气和石油。这些有限资源的消耗和它们对环境的影响迫使研究工作者们寻求可替代的能源。目前,很多为实现有效的能源转换和存储体系的创新想法和技术被不断提出,如:燃料电池、金属空气电池和碱性水裂解。虽然目前贵金属催化剂铂、钌和铱等具很高的催化活性,但是昂贵的价格和差的稳定性限制了它们的大规模商业化应用。因此,研究非贵金属催化剂替代贵金属催化剂相关的科学问题,为实现降低成本、推动新型能源商业化提供理论和实验依据具有重要意义。本论文首先概述了锌空电池、氧还原（ORR）和氧析出（OER）的相关知识和基本反应机理,电催化剂的研究现状和金属有机骨架配合物（MOFs）的有关知识和在电化学领域里的应用,并且阐述了当前非贵金属催化剂和MOFs衍生材料在研究中存在的主要问题和解决思路,通过探索简便的合成方法,得到了具有一定形貌的金属有机骨架配合物;然后以它们为前驱体,通过调控制备条件,获得了系列一维的具有较大比表面积、多孔和杂原子掺杂的钴/镍基纳米组装结构;最后通过多种测试手段表征,结果表明这种具有一维特殊结构催化剂具有优越的电催化性能,具有潜在的应用前景,并进一步研究了组成、结构等与性能的相关性。论文的具体内容如下:（1）合成了一维纳米组装的镍纳米粒子镶嵌在氮掺杂的碳纳米管中的催化剂,测试了该催化剂的OER性能。采用水热法以4,4′-联吡啶（Bpy）和D-樟脑酸为双配体制备了镍基MOF,然后通过热解得到了多孔的氮掺杂的碳纳米管包裹的镍纳米颗粒催化剂Ni NPs@N-CNTs。通过调控热解温度,发现在600 ^oC条件下得到的催化剂性能最好,大于700 ^oC时催化剂的复合孔会消失,氮元素会消失,800 ^oC时,氧化镍会出现。继而研究了所制备的催化剂在OER中的电催化性能。研究结果表明一维的Ni NPs@N-CNTs在碱性介质中具有良好的OER活性,起始电位1.45 V vs.RHE,达到电流密度为10 mA cm^-2时的过电位为460 mV,性能和稳定性都高于一些已报道的镍基催化剂和商业二氧化钌。（2）合成了钴纳米粒子嵌入硫氮共掺杂的一维中空碳纳米柱的催化剂,测试了该催化剂的ORR性能。采用溶剂热法以Bpy和2,5-噻吩二羧酸（Tdc）为双配体制备了一维的钴基MOF,然后通过热解得到了高比表面及多孔的钴纳米颗粒镶嵌在硫氮共掺杂的中空碳纳米柱中的非贵金属催化剂Co@SN-CNP,该材料很好地保持了前驱体一维形貌,在前驱微孔的基础上出现复合介孔,更利于介质传输;同时成功地将硫和氮掺杂到催化剂中,以提高电催化性能。继而研究了该材料在氧还原反应中的电催化性能,研究结果表明在ORR反应中表现出和商业Pt/C相当的活性,稳定性高于商业Pt/C。（3）合成了钴纳米颗粒镶嵌在氮掺杂一维碳纳米棒中的非贵金属催化剂,测试其ORR和OER双功能活性,以及该催化剂作为空气阴极时的锌空电池性能。采用水热法以Bpy和D-樟脑酸为双配体制备了一维棒状的钴基MOF,然后通过热解得到了一维的、高比表面,多孔的钴纳米颗粒镶嵌在氮掺杂的碳纳米棒中的非贵金属催化剂Co@N-CNR,继而研究了该催化剂在ORR和OER中的电催化性能。研究结果表明该催化剂具有较好的ORR和OER双功能活性,而且稳定性高于商业催化剂。论文还进一步测试了用该双功能催化剂作为空气阴极时的锌空电池的性能,结果表明与商业的铂碳和铱碳（1:1）相比,有更高的功率密度(63 mW cm^-2)和循环稳定性（90 h）。论文还研究了在不同热解温度下得到的不同形貌和组成的非贵金属催化剂和催化性能的关系,结果表明,热解温度对所制备材料的催化性能十分关键,在600 ^oC下得到的催化剂性能最好,高于700^oC,一维的结构会坍塌,比表面会迅速降低,介孔会消失。（4）合成了纳米核壳结构组装的具有多孔性的一维硫氮共掺杂的非贵金属催化剂,测试其ORR、OER和HER的催化性能。以上述第三部分工作所得的钴基MOF为前驱体通过调控热解温度得到了高比表面,具有复合介孔的以钴纳米颗粒和八硫化九钴纳米粒子为双核,硫氮掺杂的碳纳米管为壳的非贵金属催化材料,该双核@壳材料集合了一维中空结构、核壳结构、钴纳米粒子、八硫化九钴纳米粒子和硫氮共掺杂的多种优势于一体,在电催化反应中表现出较好的性能。研究结果表明该催化剂具有三功能催化活性,在碱性介质中,ORR中表现出和商业Pt/C相当的活性,在OER中表现出高于商业Ir/C的催化活性和稳定性,在HER中也表现出和商业Pt/C相当的活性。该章节还研究了在不同热解温度下得到不同组成的非贵金属催化剂对其催化性能的影响,结果同样表明,热解条件对材料的组成和形貌起着决定作用,继而影响其催化性能。另外,还进一步用该催化剂作为空气阴极,锌空电池的性能,结果表明与商业的铂碳和铱碳（1:1）相比,有更高的功率密度(93 mW cm^-2)和循环稳定性（90 h）;最后,用该催化剂同时作为阴极和阳极在水裂解测试中表现出较低的起始电位和较高的稳定性（15 h）。最后对本论文的研究结果进行总结,探讨了前驱体的形貌和组成对所制备具有一维结构催化剂的形貌和组成的影响以及不同的热解条件对制备一维催化剂的组成和形貌的影响,并进一步研究催化剂的组成和形貌对其催化性能的影响,该研究结果可以为合成具有多级复合结构的一维非贵金属材料提供相关的理论参考和实验技术指导。此外,本论文的研究成果还为制备杂原子掺杂的非贵金属催化剂提供一定的实验和理论依据。