金属空气电池是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的装置,负极通常采用高能量密度的镁、铝、锌等,正极以大气中的氧为燃料,它具有理论能量密度高、资源丰富、安全无污染等优点,目前已成为最有前景的能源技术之一。在众多类型的金属-空气电池中,具有较高理论能量密度和可充电性的锌空气电池受到了极大的关注。然而,空气电极上动力学缓慢的氧还原（ORR）和氧析出（OER）反应,是制约锌空气电池性能的首要因素。本文选取活性好、价格低、原料丰富的过渡金属Co-基氧化物为研究对象,采用多种策略对其进行改性和调控,系统地表征材料的各种物化性质,利用旋转圆盘电极和自行组装的可充电的锌空气电池综合评价催化剂材料的电化学性能,并分析影响其催化性能的因素和作用机理。本文完成的主要工作如下:（1）以钙钛矿型La_0.8Sr_0.2CoO₃为研究对象,在其B位掺杂不同含量的Mn元素,从而调控催化剂表面过渡金属阳离子的价态分布、电子结构,并影响氧在催化剂表面的吸附性能。研究结果发现,恰当比例的Mn掺杂可以同时提高材料的ORR和OER催化活性,其中掺杂量为60 at.%时（LSCM-60）显示出最佳的ORR/OER双功能催化活性,ORR-OER之间的电位差△E约为1.032 V。同时,LSCM-60催化剂在可充电的锌空气电池测试中也有很好的表现,在50 mA cm^-2电流密度下,充放电电压差为1.05 V。（2）采用混合溶剂共沉淀法制备了一维介孔纳米棒状的尖晶石型Co-Mn-Ni三元催化剂材料,通过调节元素配比来调控材料的化学组分、形貌结构和比表面积等物化性质,进而影响材料在催化ORR和OER反应时的电荷传递能力和氧吸附能力。电化学测试结果表明,Co/Mn/Ni之间的原子比为2:3:1时可以得到最优的双功能催化活性,ORR-OER之间的电位差△E为0.88 V。同时,CMN-231催化剂在碱性溶液中的稳定性也高于贵金属Pt/C和IrO₂催化剂。以CMN-231催化剂构建的锌空气电池在50 mA cm^-2的电流密度下充放电电压差仅为0.9 V。此外,筛选出制备过程中混合溶剂中的最佳的醇/水体积比为8。（3）采用一锅法制备了Co₃O₄/Ag@N-rGO复合催化剂材料。透射电子显微镜（TEM）观察发现,原位生长的球形Co₃O₄和Ag纳米颗粒均匀地分布在石墨烯片层上。电化学测试证实,少量Ag的加入对提升Co₃O₄氧化物的ORR催化活性起到了显著作用。同时,N元素的掺杂在石墨烯中引入了更多的活性位点,进一步增加了复合材料催化OER的能力。Co₃O₄/Ag@N-rGO材料在催化ORR-OER反应间的电位差△E为0.93 V,尤其是催化OER时的过电位低于贵金属IrO₂催化剂,分别为437 mV和442 mV。以Co₃O₄/Ag@N-rGO作催化剂的锌空气电池的放电电压和最大功率密度与Ag/C催化剂相当,充电电压明显低于Ag/C;在10 mA cm^-2的电流密度下循环充放电的稳定性明显好于Pt/C催化剂。（4）制备了PVA和PAA基的两种凝胶电解质,利用电化学的方法测试了凝胶电解质的离子电导率,并分别制备了柔性锌空气电池,对比研究了两种凝胶电解质对电池充放电性能和循环性能的影响。研究发现,PAA基凝胶电解质的离子电导率更高(0.282 S cm^-1),约为PVA基凝胶电解质(0.153 S cm^-1)的1.84倍。两种电解质均具有较好的机械拉伸性能和弯曲性能。通过组装柔性锌空气电池测试发现,PAA基电解质更适合在大电流密度下放电,最大功率密度约为108mW cm^-2,而PVA基电解质只能在小电流密度下放电,最大功率密度仅为50 mW cm^-2。同时,PAA基的电池比PVA基的电池具有更好的循环充放电稳定性。综上所述,本文采用了不同的策略对钙钛矿型、尖晶石型和简单Co-基氧化物的ORR和OER催化活性进行调控,分析了改性和调控所带来的性能提升的原因。同时,验证了改性后的Co-基氧化物催化剂在可充电的锌空气电池中的实际应用。本文的研究成果为过渡金属氧化物基的ORR/OER双功能催化剂的设计提供了思路和参考,为可充电的锌空气电池的测试和评价提供了指导,同时为柔性锌空气电池的发展探索了研究方向。