当今社会,能源和环境问题日益突出,发展新型能源储存与转换装置成为亟待解决的问题。电催化反应作为实现这一目的的新型技术手段,越来越得到了人们的重视,如氧还原反应（ORR）,析氧反应（OER）,氮还原反应（NRR）等。目前,这些基本反应大都依赖贵金属（Pt,Au,Pd等）作为催化剂,高成本和稀缺性限制了研究的进一步发展,寻找丰富廉价的替代催化剂成为研究的热点。酞菁分子具有明确的金属-氮-碳（M-N-C）结构,同时大环中存在丰富的自由电子,有利于催化反应的发生。其中的金属中心易于更换,且以MN₄形式存在,是进行电催化研究的理想模型。本文以金属酞菁化合物为模型研究金属-氮-碳原子级催化位点在氧气还原和氮气还原的作用机制。具体内容如下:（1）缺陷碳锚定酞菁铁分子协同提升ORR性能开发了一种非热解策略,通过将结构明确的MN₄有机大环分子（Fe Pc）与含有缺陷的碳纳米片的N掺杂位点配位,来合成原子级分散的M-N-C催化剂Fe Pc@N,P-DC。该催化剂表现出增强的催化ORR活性,就半波电势和耐久性而言,比N,P-DC甚至Pt/C催化剂更加优良。DFT计算结果表明,Fe Pc分子的引入降低了N,P-DC的ORR过电位（0.80-0.52 V）。（2）聚酞菁铁有机骨架/碳复合材料作为ORR,OER双功能催化剂及在锌空电池的应用使用熔融聚合方法来合成包覆在碳黑基质的铁聚酞菁金属有机骨架（MOF）FePPc@CB。通过非共价π-π相互作用,FePPc分子可以吸附在碳基质上,从而促进电子转移过程并稳定结构。由于大环结构中大量的自由电子和原子级分散的MN₄催化位点,FePPc@CB表现出优异的ORR活性,E_1/2为0.908 V,j _L为5.38 m A cm^-2。此外,ORR和OER的?E值为0.68 V,使得FePPc@CB催化剂成为液态和固态可再充电锌空气电池（ZAB）的有潜力的催化剂。（3）铁钼双金属聚酞菁/科琴黑复合材料的NRR性能探究使用熔融聚合法合成出一种双金属聚酞菁（Fe Mo PPc）,并且以具有优良导电性和高比表面积的科琴黑（KB）作为基底,成功实现了NRR反应的高效发生。其中,金属原子均已Fe N₄和Mo N₄的形式存在,是NRR反应的活性位点。聚酞菁的框架可以提供丰富的自由电子,同时带来较大密度的活性位点,更有利于催化过程的发生。最终,本工作实现了11.5%的法拉第效率,同时产氨速率高达33.44 mg h^-1 mg^-1_cat,优于已报道的大多数非贵金属催化剂。