随着经济的发展,人类对能源的需求日益增大,能源短缺和发展伴随的环境污染问题越来越受到人们的重视,需要寻找新型绿色能源技术满足社会的发展。微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）作为一种绿色能源技术,有别于传统的燃料电池,通过微生物降解污水中有机物的同时可以产生电子,将化学能转换成电能。近年来,越来越多的科研工作者投身于微生物燃料电池的开发和应用中,微生物燃料电池因其对环境友好的优势得到了快速的发展。然而,目前仍有一些因素阻碍了微生物燃料电池的进一步推广和应用。主要包括电池产电效率较低,电池自身成本过高等等。其中,微生物燃料电池成本高昂的原因,主要与价格高昂的阴极催化剂有关。铂碳作为现今使用最广泛的阴极催化剂,因其高效的催化活性被应用在许多领域。然而,其高昂的成本及较弱的稳定性限制了铂碳的大规模的应用。因此,在MFCs中有必要开发一种高效低廉、简单易得的阴极催化剂以取代传统的铂碳。本论文通过金属有机框架（Metal organic framework,MOFs）为前驱体,利用自模板牺牲法的同时以自身提供碳源和氮源,合成了一系列过渡金属-氮-碳复合阴极催化剂。系统地研究了复合催化剂在氧还原过程中的电催化活性,及其在微生物燃料电池中的应用。具体内容如下:（1）通过简单的一步法,以硝酸钴和2-甲基咪唑为原料制备了ZIF-67,经过高温碳化后合成金属钴与氮碳掺杂的纳米复合材料Co-N-C。Co-N-C-2在氧还原反应中展现出良好的催化活性,其在微生物燃料电池中的最大功率密度为399.7±10 mW m^-2。Co-N-C因其金属-氮-碳结构有效地增加了催化剂的活性位点从而提高了催化活性。（2）通过简单的一步法,合成了钴铁双金属MOFs前驱体。以硅球作为模板,有效地阻碍了铁离子在合成过程中形成较大的离子基团,从而防止催化剂产生严重的团聚。经过强碱刻蚀后,催化剂形成类蜂窝状结构,这种独特均一的纳米结构有利于电子和离子传输,提高了电荷的传输效率。同时,类蜂窝状结构也提高了催化剂的比表面积,使催化剂暴露更多的活性位点。（3）以镍铁双金属MOFs为前驱体,利用一步法合成了双金属催化剂Ni₃Fe-N-C-800。双金属间的协同效应以及过渡金属镍、铁与氮碳的复合结构,进一步提高了催化剂的催化活性和稳定性。在锌空电池的测试中,Ni₃Fe-N-C-800的最大功率密度为120.3 mW cm^-2,具有良好的应用前景。