随着人类的开采，作为一次能源，化石能源的枯竭不可避免，而且化石能源在燃烧的过程中产生大量的温室气体以及有毒性气体，因此，如何控制化石能源的使用以及寻找可再生的绿色能源一直是本世纪以来的研究重点。燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，从理论上来讲，只要连续供给燃料，燃料电池便能连续发电，其发电效率高，且对环境污染小，自问世以来便受到了科学家们广泛的关注^[1]。此外，其他能源转换技术，例如可充电金属-空气电池、再生燃料电池以及水分解设备也得到广泛发展，这主要得益于有关的电化学过程，例如氧还原反应（ORR）、析氧反应（OER）、析氢反应（HER）等^[2]。对于ORR，在酸性和碱性电解质中的反应机理一般认为是^[3,4]：

在酸性电解质中：

O₂ 4H 4e^-→2H₂O（4电子过程）

O₂ 2H 2e^-→H₂O₂（2电子过程）

H₂O₂ 2H 2e^-→2H₂O

在碱性电解质中：

O₂ 2H₂O 4e^-→ 4OH^-（4电子过程）

O₂ H₂O 2e^-→HO₂^- OH^-（2电子过程）

H₂O HO₂^- 2e^-→3OH^-

当前，商业化的贵金属铂电极展现出优越的ORR催化活性，但其地球储存丰度低、较差的稳定性和一氧化碳中毒等严重限制了其进一步的应用^[5]。