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电分解水中阳极析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)和氢氧燃料电池阴极氧气还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)的动力学缓慢,需要高效的催化剂来驱动反应快速进行。过渡金属碳基复合材料具有廉价、电催化活性高和稳定性好等优点,被认为是最具潜力的电催化剂材料之一。研究表明多孔结构的碳基材料有利于暴露更多活性位点且能够促进质量传递,而氮掺杂则能够增加碳基材料的导电性和活性。本文以ZIF-67为前驱体,通过高温热解、化学水浴法等简单方便的实验手段合成了多孔的十二面体碳基复合材料Co@NC和Co1-xS@C,碳纳米管材料Co@BNC,并评价了它们作为OER/ORR双功能催化剂的催化活性、稳定性和抗甲醇性能等指标。主要内容如下:(1)通过高温炭化ZIF-67制备了包覆Co纳米颗粒的氮掺杂的碳基复合材料Co@NC,对其形貌结构、元素组成和结晶情况进行了表征分析,并在碱性条件下考察了 Co@NC的OER/ORR电催化性能。结果表明,Co@NC呈多孔的十二面体结构,不同炭化温度下的元素组成不同,Co元素原子含量在6%～9%左右,N元素原子含量随炭化温度的升高而降低,C元素原子含量则随炭化温度的升高而增加。电化学测试结果表明,700℃制备的Co@NC具有最优的催化活性,其催化OER反应达到10 mA cm-2仅需要266 mV过电势,且具有超过40 h的良好稳定性;催化ORR反应时的活性评价指标与商业Pt/C差不多,且表现出了优于商业Pt/C的稳定性和抗甲醇性能。(2)通过两步转化法将ZIF-67转化为包覆Co1-xS纳米颗粒的碳基复合材料Co1-xS@C。对材料的结构形貌和晶相进行了表征分析,并在碱性条件下进行了OER/ORR电催化测试。结果表明Co1-xS@C为多孔的十二面体结构的六方晶系结构,Co2+和Co3+离子在Co1-xS@C中共存,S则以S2-的形式存在。Co1-xS显示出了优异的电催化性能,催化OER反应的电流密度达到10mAcm-2仅需要260 mV的过电势,法拉第电流效率接近100%,且经受住了长达80 h的稳定性考验。此外,Co1-xS@C复合材料在催化ORR反应时表现出了可以媲美商业Pt/C的催化活性以及更胜一筹的稳定性和抗甲醇性能。(3)以ZIF-67为金属源,采用高温热解合成的方法制备了钴纳米颗粒均匀分散的硼氮共掺杂碳纳米管Co@BNC。研究前驱体中ZIF-67的含量对Co@BNC中纳米管的形成和Co纳米颗粒的分布情况的影响,制备了 Co纳米颗粒分布均匀的形貌结构最优的Co@BNC-100催化剂,并在碱性条件下研究其OER/ORR催化活性和稳定性。Co@BNC-100催化OER反应仅需要288 mV的过电势即可达到10mAcm2的电流密度,且稳定性高达80h;在催化ORR反应时表现出了较高的催化活性,且长达4 h的稳定性测试后电流值还是保持为原先的100%,抗甲醇性能测试中电流也能保留原来95%以上。