绿色和清洁的可持续能源取代传统的化石能源已成为时代的潮流。在众多可持续能源中,电化学能源设备,如燃料电池,金属空气电池和超级电容器,可以将化学能转化为电能,并将其进行储存/释放。因为应用广泛,实用性强,没有污染物排放而最有可能成为化石能源的替代者。氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）是燃料电池和金属空气电池的两个重要反应。贵金属基Pt和Ir O₂/Ru O₂催化剂仍是目前是最有效的ORR和OER电极材料。尽管贵金属基催化剂具有高ORR/OER催化活性,但也存在许多问题,例如CO中毒,易溶解,稳定性差,资源稀缺和成本高等。因此,开发高效稳定的非贵金属基ORR和OER催化剂是打破燃料电池和金属空气电池应用瓶颈的关键。本文以机械化学法合成氮掺杂多孔碳（NPC）材料,并通过结构优化和负载金属等方法进行改性。希望通过机械化学这种低成本,环保和经济友好的方法制备出高效的电催化剂。并通过对其形貌、结构、组成以及理论的分析对其电催化机理进行探索。主要研究结果如下:（1）以间苯二甲醛和对苯二胺为碳源和氮源,以Si O₂球为模板,采用机械化学球磨法合成含氮聚合物,同时使Si O₂模板在其中均匀分散。随后对聚合物进行热解,并除去其中的Si O₂球,得到高比表面积的微-介孔分级的氮掺杂多孔碳。通过改变温度和Si O₂模板的用量对其孔结构进行优化。结果表明,NPC的比表面积和孔体积随着温度的升高而增加,主要归因于微孔数量的增加。当Si O₂模板与碳源的质量比为1:1,热处理温度为1000℃时制备出的催化剂NPC-1000在碱性条件下表现出优异的ORR活性、稳定性和甲醇耐受性。NPC-1000用作一次锌-空气电池具有优异的放电性能和稳定性。（2）机械化学结合热解法制备的NPCs表现出优异的ORR活性,但是几乎没有OER活性。通过金属掺杂对NPC进行改性,以期实现ORR和OER双功能催化剂的制备。在球磨过程中加入钴源或者同时加入钴和铁源,热解后得到钴/钴铁和氮共掺杂的多孔碳Co-NPC/Fe Co-NPC。结果表明Co掺杂虽然能提高OER活性,但是其ORR活性却有所下降。而Fe的引入可以同时提高Co-NPC的ORR和OER催化活性。通过实验验证Fe Co-NPC中的ORR催化活性位点为Fe-N_x、Co-N_x、吡啶氮和石墨氮等,而Fe Co合金颗粒为主要的OER活性位点。DFT计算结果表明Fe的引入可以优化Co基催化剂表明对含氧官能团的吸附。将Fe Co-NPC用作锌-空气电池阴极催化剂,表现出比贵金属Pt/C和Ru O₂更加优异的充放电特性、能量密度和循环稳定性。