能源短缺与环境危机严重影响了人类社会的可持续发展,研究开发绿色能源和可再生能源迫在眉睫。微生物燃料电池（Microbial fuel cells,MFCs）作为一种降解有机废水并同时产生电能的新兴能源技术而备受关注。阴极催化剂材料作为微生物燃料电池的核心部分,对MFCs的整体性能和系统稳定性影响极大,是制约MFCs大规模市场化应用的关键因素。虽然贵金属铂（Pt）基催化剂被视为是高性能的阴极催化剂,但是由于其成本昂贵、稳定性差,极大地制约了MFCs的商业化应用。因此,研究与合成一种高性能、强稳定性与低成本的阴极催化剂,对于推进MFCs的市场化进程具有重要应用价值。金属有机框架材料因其成本低廉,结构多样性,可调控的孔道结构和出色的可设计性等优点引起国内外科研人员的广泛关注。其中,UiO66具有形貌可控、高比表面积、分层多孔的孔隙结构和优异的稳定性等优点,更成为了研究热点。本文通过采用水热法和浸渍法设计制备一系列UiO66衍生催化剂,并对其电化学性能以及应用于MFCs的实际效果进行了系统的研究。主要研究成果如下:（1）采用水热法合成形貌为正八面体的UiO66-NH₂纳米材料,并将其作为前驱体通过浸渍法和高温碳化后成功合成钴氮共掺杂纳米复合材料Co/UiO66。其中,Co/UiO66-900在碱性体系下具有良好的氧还原活性,并且为四电子转移途径,其在微生物燃料电池的实际应用中也表现优异,最大功率密度可达1369.23 mW/m³。优异的性能主要归因于其具有微孔结构和高活性的Co-N_X,促进暴露更多的活性位点并加速氧还原反应界面处的传质,从而提高了氧还原活性。（2）采用浸渍法将铁卟啉大环化合物封装于UiO66-NH₂模板中,并通过高温碳化后成功合成高效稳定多孔催化剂Fe-PP-UiO66。Fe-PP-UiO66复合材料在碳化后仍具有规整的正八面体,有效防止金属纳米颗粒的团聚,从而增强稳定性并降低传质阻力。掺杂引入铁卟啉大环化合物不仅有助于增加总氮含量,而且还产生Fe-N_X活性位点和高活性的含氮官能团,改善了碳框架的局部电子态和电子传输能力。Fe-PP-UiO66-1/3在碱性和中性体系下都表现出优异的催化性能和出色的稳定性,并且其应用于微生物燃料电池中,最大功率密度可达1607.2 mW/m³,优于商用Pt/C催化剂。（3）通过对阴极催化剂进行经济分析,得出UiO66衍生阴极催化剂在催化剂成本与电池发电成本上都具有较高的成本效益,有利于促进微生物燃料电池的规模化应用。