为了应对当代社会的能源需求以及新出现的生态环境问题,必须寻求新的低成本且可持续的清洁能源,由此推动了能源转换与储存技术的发展。能源转换与储存器件的性能往往取决于电催化剂材料的性能,因此关于这些器件中关键电催化剂材料的研究引起了科研人员的重视。在能源转换与储存领域中,燃料电池,金属-空气电池和电化学分解水装置是最具发展潜力的技术,然而这些器件的能量转换效率却受制于电催化材料的催化活性。值得一提的是,当前普遍使用的贵金属电催化剂虽然具有较高的电催化活性,但其高昂的成本和较差的稳定性却制约了这些器件的大规模应用,因此迫切需要开发低成本且高效稳定的非贵金属电催化剂。众多的电催化反应中,氧析出反应（Oxygen evolution reaction,OER）和氧还原反应（Oxygen reduction reaction,ORR）由于具有缓慢的动力学过程和非常高的过电势,成为了能源转换与储存技术中的瓶颈。鉴于以上这些原因,我们进行了关于新兴的金属有机框架材料衍生物的制备和电催化性能研究,以获得具有较高催化活性和良好长期稳定性的电催化剂材料。详细的工作如下:在第一个工作中,我们以金属有机框架（Metal-organic frameworks,MOFs）材料ZIF-8和过渡金属盐作为前驱体,在多孔氮掺杂碳（N-doped carbon,NC）上负载了超小铁钴纳米颗粒（Nanoparticles,NPs）,合成了铁钴-氮掺杂碳（FeCo-NC）电催化剂用于ORR和锌-空气电池（Zn-air batteries）。ORR是可持续能源转换和储存技术中的关键步骤,包括燃料电池和金属-空气电池。贵金属铂是一种高效的ORR催化剂,但是其大规模应用却受到了高成本的严重阻碍。为了获得具有成本效益的电催化剂,目前亟需发展非贵金属基ORR催化剂。在此,我们报道了一种简单的合成方法,通过将超小铁钴纳米颗粒锚定于氮掺杂多孔碳骨架上,制备了一种双金属ORR催化剂。通过优化其中铁和钴的比例,得到的FeCo-NC-1催化剂在ORR中展现了卓越的催化活性,其半波电位达到0.84 V,且极限电流密度为-5.3 mA cm^-2,这些性能可以与商业化的铂碳（Pt/C）催化剂媲美。当被应用于锌-空气电池测试时,FeCo-NC-1催化剂拥有较高的开路电压（1.50V）和较大的比容量(726.2 mA h g^-1),同时表现出超越商业化铂碳催化剂的长期稳定性和抗甲醇毒化性能。第一性原理密度泛函理论计算的结果表明,相比于单金属的铁氮掺杂碳（Fe-NC）和钴氮掺杂碳（Co-NC）催化剂,双金属的铁钴-氮掺杂碳（FeCo-NC）催化剂具有更强的氧气吸附能力,这可能是其具有最高ORR催化活性的原因。我们相信这个工作会对低成本高效ORR电催化剂的发展有所帮助,并且提供了一种可以用于锌-空气电池的电催化剂。第二个工作则倾向于研究在OER中,MOFs材料的相转变过程。在能量转换与储存器件中,电解水装置因为可以用于大规模生产高纯度的氢气而被视为氢能源应用的关键技术,然而电解水装置的转换效率极大的受制于其阳极的OER。为了追求具有低成本且高效的OER催化剂以替代贵金属基催化剂,关于非贵金属基OER电催化剂的研究引发了研究人员的广泛关注。近年以来,MOFs材料衍生物成为了电催化剂中的热门材料,并且已经进行了许多MOFs及其衍生物用于电化学反应的研究,其中沸石咪唑基框架（Zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs）是最受瞩目的种类之一。但是我们发现在进行OER的过程中,ZIF材料会发生相转变,但是这一现象并未得到足够多的关注,因此我们选取了二维的ZIF-L材料作为研究对象,并探索了在OER测试中相转变为氧化钴的氧化过程。这个工作将为MOFs材料在OER过程中的转化过程研究提供参考,并将有利于对ZIF-L材料相转变过程的深入理解。