氧电极是燃料电池和金属—空气电池中的阴极，是决定电池性能优劣的关键因素。氧的电极过程是一个复杂的多电子反应，而氧的还原或析出总是伴随着较高的过电位。高效的氧电极必须同时可以催化氧的还原反应以及反应中间产物过氧化氢的分解反应。因此，研究寻找能降低氧气还原反应的过电位、能够通过四电子过程将氧气直接还原为水的催化材料一直备受人们的关注。　　咔咯配合物具有较大的共轭结构和化学稳定性，对氧气分子有良好的电催化活性，是很有希望的燃料电池和金属空气电池的氧还原催化电极材料。 本文主要研究了两个系列在咔咯大环中位上具有不同取代基并含有铁或锰的金属咔咯配合物的氧催化性质。所研究的配合物:(1)取代苯基铁咔咯配合物，(TpRPCor)FeCl;(2)取代苯基锰咔咯配合物，(TpRPCor)MnCl。其中Cor为咔咯大环的-3价阴离子，R为咔咯分子中苯环对位上的OMe、Me、F或Cl等取代基。　　本论文利用循环伏安法、线性扫描伏安法和旋转环盘电极技术对金属咔咯配合物在1.0 M HClO4水溶液的催化性能进行了研究。结果表明，无论是铁咔咯配合物还是锰咔咯配合物，它们在氮气条件下和空气条件下的电化学性质具有明显的差别。金属咔咯配合物在空气条件下的还原电流与在氮气条件下的还原电流相比具有显著的增加，这表明在空气条件下产生了催化电流，因此铁咔咯和锰咔咯配合物对氧气的还原均具有较好的催化活性。　　本文利用旋转盘电极(RDE)和旋转环盘电极(RRDE)技术，通过测定不同转速时盘电极上的催化电流，并依据Koutecky-Levich方法确定了氧气催化还原反应过程中的电子转移数;或者通过测定一定电位下的环电流和盘电流计算了氧气催化还原反应过程中的转移电子数n和反应产物中H2O2的含量。根据催化反应原理，如果还原反应的电子转移数n=2，则氧气的还原产物为100％的H2O2，如果n=4，还原产物则为100％的H2O。本论文的结果表明，取代铁咔咯和锰咔咯配合物作为催化剂催化还原氧气时，反应过程中转移的电子数在n=2-4之间，因此，还原反应的产物是过氧化氢和水的混合物。但是，研究结果也表明，咔咯配合物分子中苯环上的取代基对氧气的催化还原性能有较大的影响。在苯环上具有Me或OMe等供电子基团时，氧的催化还原反应转移电子数n＜2.5，但如果苯环上具有F或者Cl等吸电子取代基时，转移电子数n＞2.5，这说明具有F或Cl等吸电子取代基的配合物比具有OMe或Me等供电子取代基的配合物对氧气的还原具有更好的催化效率。　　另外，本文还采用含有不同取代基的对苯醌混合物作为催化剂，研究了它们在不同酸度条件下对于氧气还原的催化性能。研究结果表明，在给定的实验条件下取代对苯醌催化氧气的还原反应均为两电子过程，还原产物为过氧化氢。