能量密度大,循环寿命长且环境友好的能源储存与转换装置的探索,有利于满足人类社会对于可持续发展这一迫切的需求。而目前市场采用的锂离子电池因其理论研究与制造技术发展显现不足,其较低的能量密度导致在诸如大型储能站,电动汽车等领域应用受限。Li-O₂电池因其超高的理论能量密度(～3500 Wh kg^-1)而备受关注,但其现阶段仍处于研究初期,需要应对诸如较高的过电势,不足的循环寿命等众多严峻的挑战。其中,空气阴极上缓慢且不稳定的ORR/OER动力学过程,是造成上述问题的主要原因之一。因此,设计和探索新型阴极催化剂对于促进Li-O₂电池的发展具有十分重要的意义。基于此,本论文从设计新型空气电极催化剂出发,结合催化剂形貌与电极结构的设计,期望能有效提高Li-O₂电池的性能。所进行的研究工作包括:（1）制备了一种具有丝兰状形貌的一体化Co O-Co N复合阴极（Co O-Co N/PCP）。通过溶剂热-氮化技术制备的Co O-Co N/PCP具有三维开放的微观结构,较大的比表面积及充分暴露的高活性位点。NH₃热处理产生的丰富相界面和氧空位,能有效提高复合材料的ORR/OER催化活性和稳定性,同时维持前驱体Co（OH）F的丝兰状形貌,提供了丰富的三相反应界面,且十分有利于Li⁺和O₂的扩散。在Li-O₂电池性能测试中,电流密度50 m A g^-1,其放电容量可达5423 m Ah g^-1。电流密度增至100 m A g^-1,限定容量500m Ah g^?1,可以稳定进行200圈循环而性能未出现明显的衰减,而作为基底的PCP和氩气处理得到的Co₃O₄/PCP阴极仅分别能维持约60和70个循环。（2）制备得到一系列N-CNTs包裹过渡金属合金的高性能复合催化剂AB/N-CNTs（A,B=Co,Ni,Fe）。利用CVD法在合金表面原位生长性质均一的N-CNTs,多项测试表明,高度石墨化的CNTs提高了材料的稳定性,丰富且高度分散的活性位点表现出优异的催化活性。将其作为Li-O₂电池阴极催化剂发现,本征催化活性最高的Fe Co/N-CNTs催化剂所表现的电池性能最佳。电流密度为100 m A g^?1,放电容量为12931 m Ah g^?1,充电过电势低至0.8 V。限定容量1000 m Ah g^?1,也可以进行160圈循环,是Fe Ni/N-CNTs和Co Ni/N-CNTs电池的1.5和2.0倍。