在电化学储能系统中,锌空电池具有高的理论能量密度、结构简单、产物可完全回收等优点,具有广阔的应用前景。其充放电过程中,空气阴极发生的氧还原（ORR）反应与析氧反应（OER）决定着锌空电池的能量利用效率。目前商业化的阴极催化剂材料是贵金属类催化剂,其在自然界中存量低、成本高、性能不稳定,这限制了其锌空电池的商业化发展。因此,设计低成本、高效率的阴极催化剂取代贵金属是突破锌空电池商业化的关键。多孔碳纳米纤维具有比表面积高、性能稳定等优点,可作为催化剂或催化剂载体材料。然而,其本征催化活性差,制备过程复杂,污染环境。针对以上问题,本文采用了绿色环保、经济便捷的静电纺丝合成方法制备了柔性多孔碳纳米纤维非贵金属催化剂材料,通过对碳基材料进行结构调控,增加碳基材料的比表面积和缺陷结构;结合金属原子的协同效应,构建特殊微观结构,为开发高效、稳定的催化剂提供新的思路。本论文主要研究内容如下:1.以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为碳源、聚四氟乙烯（PTFE）为造孔剂,结合静电纺丝技术、热处理,合成柔性多孔碳纳米纤维。探究改变造孔剂的含量、碳化温度对PCNFs的微观形貌、孔径分布、石墨化缺陷以及碱性电解质中氧还原活性的影响。结果表明,经过900℃碳化2h之后,PCNFs形成部分石墨晶面,且PCNFs-2:1展现出最大的抗弯曲角度。PCNFs-2:1样品的比表面积高达322.4m~2·g-1,CV曲线有明显的氧还原峰,氧还原活性半波电位0.706V,且组装的锌空电池的初试电压为1.029V,充放电寿命达110h。2.上述多孔碳基催化剂的氧还原半波电位尚未达到商用Pt/C水平。本章以上述多孔碳基材料为基础,通过掺杂过渡金属铜原子,提高催化剂的反应活性。研究加入不同含量的Cu盐,对多孔碳基非金属催化剂催化活性的影响。结果表明,在900℃碳化后,比表面积为336.5m~2·g-1,CV曲线同时具有还原峰与氧化峰。加入1mmol的Cu盐时,催化剂表现出最优的氧还原活性,半波电位达到0.793V,Tafel斜率113m V·dec-1,电子转移数达到3.9。在碱性电解液,Cu@PCNF具有比Pt/C更优异的稳定性,组装成锌空电池后初始电压达到1.296V。3.通过掺杂双金属盐离子,调控碳基催化剂的微观结构,我们发现900℃碳化后,电负性的F离子将Cu离子与Co离子锚定在碳纤维上,形成双金属异质结构。高分辨显微镜观察到金属颗粒内部具有层状结构,这种结构很好地避免了金属颗粒的团聚。制备的Cu/Co F2@PCNF具有0.84V的氧还原半波电位,优于商用Pt/C催化剂（0.83V）,电子转移数3.94。Tafel斜率113m V·dec-1,低于Pt/C的127m V·dec-1。测试1000圈的CV循环后催化剂的活性仅损失0.1m V,而Pt/C的活性损失达到33m V。锌空电池的初始电压高达1.468V,电池的充放电寿命达到130h。