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随着全球环境和能源问题的日益突出,急需发展环境友好和高能量密度的能源存储和转换装置,如太阳能电池、锂离子电池、金属空气电池和燃料电池等,以保持经济的稳定增长。然而,目前所合成的材料因制备困难、价格高昂以及稳定性差等缺点阻碍了其大规模的商业化应用。因此,探索一种实用、简单的方法以制备高性能电极材料,并应用在上述设备中对于解决目前的能源危机具有很好的作用。近年来,基于静电纺丝技术制备的一维纳米材料,因为它们独特的结构使其具有高的化学活性和比表面积以及低的体积密度。另外,通过静电纺丝技术制备的纳米材料与传统材料相比能显著降低成本和提高效率,因此,能被广泛的应用在电池和催化等能源领域。金属有机框架（Metal–Organic Frameworks,MOFs）是一类由金属离子“中心”和有机配体“骨架”自组装而成的规则多孔材料。与传统多孔材料相比,MOFs作为一类新型多孔材料表现出更独特的优势,如超高的比表面积、可调的规则孔径结构和丰富的金属/配体组合。此外,MOFs还可以作为基质材料或前驱物以制备一系列衍生材料,包括在框架的孔结构中引入具有电催化活性的成分,以及通过高温处理获得碳基催化剂或金属化合物。这些MOF衍生物可能在保留MOFs的孔径结构和化学组成的同时演化出更为优异的形貌和化学性质,例如碳纳米管和石墨烯,从而进一步拓展MOFs在能源的应用。本论文的研究内容主要是通过将静电纺丝技术和沸石类（Zeolitic Imidazole Frameworks,ZIFs）MOFs材料的制备方法相结合,并进一步通过多种后处理方式制备多种具有不同形貌和组分的一维MOFs纳米材料。通过改变前驱物中的金属含量,以调控最终获得的一维碳纳米复合材料中金属的掺杂量并研究其电催化性能。本论文具体的研究进展和结果如下:1.Fe3C/Fe纳米颗粒镶嵌的Fe/N掺杂多孔碳纳米纤维（Fe3C@FeN@CNF）用作双功能电催化剂。利用直接电纺法制备出包覆有ZIF-8和铁前驱体的复合纳米纤维,并进一步通过热解工艺,简便制备了Fe3C@FeN@CNF。在热解过程中,ZIF-8转化为氮掺杂的多孔碳（N-C）,铁前躯体转化为随机分布的石墨化层包裹的Fe3C/Fe纳米颗粒,以及与周围N配位形成Fe-Nx活性位点。Fe3C@FeN@CNF由于其独特的一维多孔结构和化学成分间的协同作用,在氧还原和氧析出反应中表现出较高的电催化活性和稳定性,甚至可与商业化Pt/C催化剂相媲美。本研究方法同样适用于制备其他高性能金属掺杂MOF基衍生电催化剂。2.Fe3C/Co/N掺杂多级结构碳纳米管（CNCo-5@Fe）的制备。首先,利用静电纺丝技术制备出PAN/M（Ac）2（M=Zn,Co）纳米纤维,该纤维既可作为提供金属元素的载体,又可作为模板使双金属有机框架（BMZIF）纳米晶体生长在纤维表面。其次,通过将电纺纤维浸泡在2-甲基咪唑的溶液中,使纤维中的金属离子与2-甲基咪唑反应,在纤维表面合成双金属有机框架（BMZIF）纳米晶体,再经过N,N-二甲基甲酰胺（DMF）刻蚀,制备BMZIF-n纳米管。再次,将BMZIF-n纳米管与Fe-Phen（FeSO4和邻菲啰啉的配合物）混合使Fe-Phen吸附在纳米管表面,再通过冷冻干燥技术制备干燥的BMZIF-n@Fe-Phen。最后,在氮气气氛下一步热解得到Fe3C/Co/N掺杂的多级结构碳纳米管（CNCo-5@Fe）。电化学测试结果表明,介孔管状结构的CNCo-5@Fe在碱性介质中表现出较好的电催化活性、稳定性和甲醇耐受性,甚至优于Pt/C催化剂。上述CNCo-5@Fe的高性能可归因于以下因素的协同影响,包括催化剂内大量均匀分布的活性位点（Fe3C,Fe-Nx和Co-Nx）可提高反应活性,大的比表面积能使活性位点与电解质充分接触,高石墨化程度可提高材料的导电性,一维管状结构可提高反应物和产物的运输效率等。因此,本研究引入的设计方案有希望为其它MOFs材料及其衍生物的设计与合成提供指导,不仅应用在储能领域,而且在其它前沿领域开辟新的机遇。