能源危机和环境污染成为人类面临的两个重大难题,迫使人类更加注重开发绿色环保的新能源。为了解决新能源开发与利用过程中存在的能量利用率低、作用不联系等问题,能量转化与存贮装置(例如燃料电池、锂离子电池、超级电容器等)变得尤为重要。材料是实现能量转化与储存的关键因素。碳基过渡金属复合材料是一类成本低、催化活性高、稳定性好的氧还原催化剂,在替代燃料电池贵金属氧还原催化剂方面拥有具大的潜力。近年来出现的石墨烯、碳纳米管具有比表面积高、导电性好等优异的物理、化学性质,在能源转化与存储方面扮演着重要的角色。但是石墨烯、碳纳米管的化学性质稳定、易堆叠团聚,需要经过一些化学或者物理方法处理才能有效的负载催化剂,导致制备过程复杂,难以商业化应用。基于上述问题,本文分别从碳材料的修饰和原位生长两个角度出发,制备出了成本低、催化活性高的氧还原催化剂。具体工作主要包括以下三个部分:1、首先通过水热法在碳纳米管表面包覆一层碳,然后经过浸渍法吸附铁离子,最后与二氰二胺研磨混合后在Ar气中煅烧,从而制备出具有较高催化活性的Fe3C@CNTS。2、以氯化钴、硝酸铁、二氰二胺为原料,经过混合、煅烧后制备出了CoFe合金小颗粒与掺氮碳纳米管的复合材料,制备出了CoFe合金和氮掺杂碳纳米管有效的复合到一起,通过一系列的电化学检测发现,当煅烧温度为650℃时制备出的样品形貌均一,氧还原催化活性高,与商业化的Pt/C相差无几。3、通过调控反应物的比例,煅烧温度实现了各种钴、氮共掺三维碳材料的制备,经过一些列的电化学测试表明,与一维的相比,钴、氮共掺杂的三维碳材料氧还原催化活性较好,十分接近Pt/C。