近年来,由于日渐凸显的能源危机,燃料电池作为高效可再生的能源转换设备受到了各界的广泛关注。由于燃料电池本身效率很大程度受到其阴极缓慢氧还原反应（ORR）的制约,研发高效ORR催化剂对于早日实现燃料电池的商业化至关重要。尽管铂（Pt）基催化剂被认为是最有潜力的ORR催化剂,但是其较差的稳定性以及极高的成本,严重阻止了其广泛的应用。因此,开发稳定、高效并且成本较低的非贵金属ORR催化剂对于实现燃料电池的实际应用势在必行。目前,提高催化剂ORR性能主要通过两种途径,一方面,可以将杂原子掺杂到碳材料中,得到具有优秀ORR活性的非金属催化剂；另一方面,过渡金属对掺杂型碳材料的修饰能够形成非贵金属催化剂,并进一步提高催化剂的ORR性能。本文文献综述介绍了燃料电池的发展历史,工作原理以及面临的问题。进而重点介绍了ORR催化剂近年来的发展方向以及创新性工作中对催化剂设计的启示。本论文以价格低廉、易得的化合物为原料,通过简单的热解步骤制备了几种过渡金属／杂原子掺杂纳米碳材料并对其电催化ORR性能进行了研究。本论文的工作内容主要包括以下几方面：（1）我们阐述了一种简单的合成方法用于制备氮硫双掺杂介孔碳微囊（NS-MCV）。将单氰胺（氮源）,二苄基硫醚（硫源）以及介孔碳微囊前驱体进行混合,通过一步法碳化得到NS-MCV。氮硫双掺杂以及介孔碳微囊独特的层状介孔结构共同促进了NS-MCV催化ORR性能的提高。作为非金属ORR催化剂,所制备的NS-MCV表现出优秀的ORR催化能力以及趋于四电子的催化过程。另外,与商业铂碳相比,NS-MCV在碱性介质中展现出更好的电化学催化稳定性以及抗甲醇能力。（2）通过一步法热解单氰胺和硝酸钴的混合物,我们成功合成了一种具有独特氮掺杂石墨层包裹钴纳米粒子结构的新型ORR催化剂（N-C@Co）。材料具有明显的核壳结构,作为外壳的氮掺杂石墨层能够使钻纳米粒子内核免于聚集和溶解,同时,还能提高材料本身的电子传导能力；作为内核的钴纳米粒子通过活化外层石墨进一步提高催化剂的ORR能力。N-C@Co优越的ORR催化性能,相对较低的过氧化氢中间产物产率,较高的催化电子数使其成为优秀的氧还原催化剂。（3）我们通过一步法热解得到具有核壳结构的硼氮双掺杂石墨层包裹的磷化二钴纳米粒子（BNC/Co₂P）。我们的工作证明了作为金属内核的C02P,能够有效的活化外层碳壳,并制造更多的ORR活性位点。同时,作为外壳的石墨层,硼的掺杂有效提高了金属内核对外围碳层的活化效果并促进了硼氮键的形成,进一步提高了BNC/Co₂P的ORR催化效果。BNC/Co₂P表现出足以匹敌Pt/C的催化性能以及更为优秀的催化稳定性和抗甲醇能力。RRDE测试结果表明,BNC/Co₂P能够通过类四电子途径有效催化ORR,其过氧化氢类中间产物的产率也是极低的。