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质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC），以其能量密度高，低温下启动快，运行灵活等特点而受到人们的广泛关注。其主要燃料为H2和O2，反应产物为水，不会产生CO2等气体，对环境无污染。目前，质子交换膜燃料电池的阴极催化剂仍以Pt为主，但由于Pt的价格昂贵，资源有限等原因导致催化剂的成本高居不下，大大限制了PEMFC的商业化进程。因而，对高活性、耐久性强、抗甲醇中毒且低成本的非贵金属电催化剂的研发成为了PEMFC研究的重中之重。其中，基于金属大环化合物的非贵金属电催化剂的研究已经成为研究热点，本论文主要以过渡金属大环化合物为前驱体，制备系列多孔碳材料，用于氧还原（ORR）性能的研究。具体研究内容如下： （1）基于铁酞菁（FePc）的非贵金属多孔碳材料。以FePc为前驱体，氧化镁为硬模板，利用蒸发诱导将FePc包裹在硬模板的颗粒外层，经盐酸酸洗，去掉模板后得到FePc基的非贵金属多孔碳材料电催化剂。通过对FePc与MgO的投入量、焙烧温度等因素的考察，调控非贵金属电催化剂的电化学活性，电催化结果显示：在碱性溶液（0.1 MKOH）中，FePc-PC(900)的ORR活性可与商业Pt/C催化剂活性相媲美，且耐久性和抗甲醇中毒能力均高于商业20 wt％Pt/C。 （2）制备担载型非贵金属电催化剂。首先，利用高含氮试剂（1,10-菲啰啉）和多羧酸（己二酸）为前驱体，商业氧化镁（MgO）为模板，制备多孔碳材料；然后，再在多孔碳材料上担载含有双过渡金属的大环化合物（Vitamin B12,VB12）和FePc，经过高温烧结及酸处理，制备活性位密度高，比表面积大且具有高活性的新型多孔非贵金属电催化剂。探究FePc与VB12投入量的比例、焙烧温度等因素对ORR活性的影响。在0.1MKOH中，得到ORR活性，耐久性及抗甲醇中毒能力均强于商业Pt/C的新型非贵金属电催化剂。 为了更好地研究催化剂的结构和组成，采用X射线衍射（XRD），X射线光电子能谱（XPS），N2吸附-脱附，扫描电镜（SEM）,普通透射电镜（TEM）及高分辨透射电镜（HRTEM）等表征手段对系列催化剂进行表征。而后，采用循环伏安法等常见电分析测试手段对制备好的多孔材料进行检测，通过调控合成过程中前驱体投入量，焙烧条件及电催化测试条件等的调试和比较，得到如下结果： （1）FePc与MgO的质量比为4:1，900℃条件下焙烧得到的催化剂具有良好的ORR活性和稳定性。利用旋转圆盘电极技术研究该催化反应中的反应历程，通过计算得知该催化剂的氧还原历程为直接4电子反应。 （2）将酞菁铁（FePc）与VB12的摩尔比为3:1的投入量担载在多孔碳材料后，再经900℃条件下焙烧后，得到具有比商业Pt/C活性更高的非贵金属电催化剂。通过旋转圆盘电极和旋转环盘电极技术研究该催化反应中的反应历程，通过计算得知该催化剂的氧还原历程为间接4电子的反应。 本论文中涉及的多孔非贵金属电催化剂的合成，主要利用了过渡金属大环化合物为前驱体，制备多孔炭材料和担载型多孔碳材料。该材料具有大量大孔和介孔，在焙烧过程中，在大孔和介孔碳壁上形成大量微孔，最终得到具有多级孔的非贵金属电催化剂。这些催化剂因具有较高的比表面积，大量的多级孔，金属-氮-碳等活性位或双过渡金属之间的相互影响，大大提高了该系列催化剂的ORR活性，制备出活性与商业Pt/C相当或更高的催化剂，为非贵金属电催化剂替代商业Pt/C提供了更多的可行性实验基础，推动了PEMFC的商业化的进程。