近年来,随着人们对可持续发展和清洁能源的需求不断增加,开发低成本、高效的能源技术受到了世界范围内的广泛研究与关注。电解水技术和燃料电池是其中最具前景的两项新型能源技术之一。其中氧气还原反应(ORR)是限制燃料电池产能的关键,而氧气析出反应(OER)则是电解水中急需克服的难点。目前贵金属材料是最高效和成熟的ORR和OER催化剂,但是其资源稀缺、价格昂贵,因此寻找可替代的非贵金属催化剂成了当务之急。在众多非贵金属氧催化剂中,碳材料以其独特可调的电子结构和高导电性等优点被视为最有潜力的替代者之一。与此同时,具有高催化活性的过渡金属磷化物也是当前国际氧催化研究领域的重点关注对象。本论文设计了异质原子掺杂碳材料与过渡金属磷化物的复合新体系,发展高效的可控合成方法,探究其形貌微结构与电化学催化性能之间的构效关系。主要的研究内容和创新点如下:1.结合异质原子双掺杂碳和双金属磷化物的优点,通过空间限域磷化的合成策略,获得了一种具有分级结构的复合催化剂。结构表征结果表明,双金属磷化物CoMnP4纳米颗粒被缺陷薄碳壳包覆,并夹于二维氮磷共掺杂的碳层之间,呈现出类三明治结构。电化学测试显示,此复合材料在0.1 mol L-1 KOH溶液中具有0.75 V的ORR/OER双功能电位差,循环7000圈未见其催化性能发生明显变化。同步辐射X射线光谱揭示了双金属磷化物的电子结构以及双异质原子掺杂特性等,并发现所制备的复合催化剂优异的氧催化性能得益于氮磷共掺杂碳的高活性位点、优良的导电性与高比表面积,以及双金属磷化物的耐腐蚀性和高催化活性。2.通过模板辅助法可控合成了一系列包含无定形结构的过渡金属磷化物Mn-P与氮磷共掺杂二维碳层的复合结构,获得了在碱性介质中具有良好催化稳定性的新型ORR催化剂。电化学测试表明,在0.1 mol L-1 KOH溶液中进行ORR催化测试时,不同金属含量的样品表现出不同的催化性能。其中,Mn元素含量为0.25 mmol的MP/PNC-2催化剂呈现出接近贵金属Pt基催化剂的性能:启动电位为0.98 V vs.RHE,半波电位为0.86 V vs.RHE,并且循环扫描3000圈后的极化曲线未发生明显变化。