开发高性能且价格低廉的氧还原非贵金属碳基催化剂代替传统的铂催化剂,对于降低燃料电池成本和推动燃料电池的商业化发展具有十分重要的意义。本文以金属有机框架（MOFs）为前驱体,通过对MOFs前驱体的孔道以及对中心金属元素种类进行单原子过渡金属掺杂,设计和制备了具有高性能的氧还原非铂碳基催化剂,研究成果主要包括:（1）通过双溶剂扩散热解法制备了一种UIO-66-NH₂衍生的三种元素（Fe,S,N）共掺杂的多孔碳催化剂（Fe/N/S-PC）,双溶剂扩散热解法可以让掺杂剂高度分散在UIO-66-NH₂前驱体的内部孔道和外表面中。经过高温热解后制备的Fe/N/S-PC催化剂具有规整的介孔结构和高度分散的活性位点。另外,催化剂继承了MOFs前驱体的形貌,所以催化剂具有很高的比表面积,丰富的介孔结构和高度分散的元素分布。Fe/N/S-PC催化剂在酸性和碱性介质中都具有良好的氧还原催化剂活性和稳定性。在0.1M KOH溶液中,催化剂半波电位达到0.87 V（vs.RHE）,比20 wt%Pt/C高30mV;在0.1 M HClO₄溶液中,催化剂半波电位达到0.785 V（vs.RHE）,仅比商业铂碳催化剂低65mV。催化剂同样在H₂/O₂质子交换膜燃料电池中展现出优异的性能,作为阴极催化剂,在0.6V下电流密度为700 mA·cm^–2,最大功率密度达到553mW·cm^–2,是目前报道的最好的性能之一。（2）制备了一种二维MOF衍生的非贵金属催化剂,我们用少量的Fe来代替二维MOF的中心金属Zn,以实现均匀掺杂Fe的目的。同时加入g-C₃N₄作为单原子Fe的促进剂和稳定剂,制备出了单原子Fe负载量为3.89wt%的多孔碳纳米片催化剂（Fe-SA/N-PCNs）。Fe-SA/N-PCNs催化剂在碱性和酸性介质中都具有良好的氧还原催化剂活性和稳定性。在0.1M KOH溶液中,催化剂的半波电位达到0.86 V（vs.RHE）,比商业Pt/C高20mV;在0.1 M HClO₄溶液中,催化剂半波电位达到0.79 V（vs.RHE）,接近商业铂碳催化剂的性能。Fe-SA/N-PCNs催化剂在碱性和酸性介质中的稳定性都优于商业Pt/C催化剂。一系列表征显示,g-C₃N₄的添加对应合成具有高载量的单原子和高性能的氧还原催化剂是十分重要的。