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能源和环境是当代科学研究的两大重要课题。为了发展高效能源转换储存器件和高效环境污染治理方法,开发具有优异性能的催化剂是核心要务。针对能源和环境研究中几类重要的反应如氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）、芬顿反应（Fenton reaction）和光催化降解有机物反应,本文利用聚多巴胺（PDA）能牢固地吸附在几乎所有有机和无机材料表面并有效地捕获金属离子的特点,制备了几种聚多巴胺衍生催化剂,对其结构、组成进行了详细表征,并细致评估了其在氧还原电催化、芬顿催化、以及光催化降解有机污染物等方面的性能。具体工作如下:（1）制备了三种不同铁基纳米颗粒负载的氮掺杂石墨烯,并研究比较了它们的ORR催化性能。利用聚多巴胺作为氮源并与过渡金属Fe3+螯合,制备前驱体Fe-PDA-GO,再通过控制高温气相反应的条件,将前驱体Fe-PDA-GO分别转化为Fe/Fe3O4@N-G、Fe3C@N-G和FexN@N-G三种催化剂,其中负载于石墨烯上的Fe/Fe3O4、Fe3C、FexN纳米颗粒尺寸和分布密度保持一致。研究发现:三种催化剂在碱性环境均表现出一定的ORR活性,而Fe/Fe3O4@N-G性能最优。结合结构形貌表征,进一步对这类催化剂中催化剂活性位点的本质进行了讨论。（2）制备了负载铁/碳化铁纳米颗粒的铁氮共掺杂石墨烯（Fe/Fe3C@Fe/N-Graphene）异相芬顿催化剂,用于催化芬顿反应降解有机污染物。通过简单“一锅法”,首先制备螯合过渡金属离子Fe3+的PDA修饰氧化石墨烯（PDA-Fe-rGO）前驱体,将该前驱体高温碳化转化为Fe/Fe3C@Fe/N-Graphene催化剂,分别对芬顿反应过程中H2O2浓度、催化剂用量以及循环利用的次数进行了系统地研究,研究发现:该Fe/Fe3C@Fe/N-Graphene催化剂表现出良好的芬顿催化活性和循环稳定性。（3）改善（2）中制备条件,利用芬顿反应氧化聚合聚多巴胺和后续碳化处理制备负载碳化铁纳米颗粒的铁氮共掺杂石墨烯（Fe3C@Fe/N-G）异相芬顿催化剂,并研究了其在光-芬顿反应条件下催化降解有机污染物的性能。研究表明:该方法相比（2）能得到负载在石墨烯纳米薄片上的致密且均匀的Fe3C纳米颗粒,在光-芬顿催化体系中展示出了较高的有机物污染物降解效率。（4）制备了核壳结构聚多巴胺包覆的氯氧化铋（BiOCl@PDA）光催化剂,对BiOCl@PDA复合材料在模拟太阳光下催化降解有机污染物的性能进行研究。研究发现:PDA的引入一方面可调控催化剂的微观结构,形成具有独特分级结构的纳米片聚集空心微球,极大提高了催化剂的比表面积;同时PDA作为一种光敏化剂可以将催化剂的光响应范围拓展至可见光区。因此,该催化剂在光降解有机污染物方面表现出了显著提升的光催化性能。