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金属锂-气体电池具有接近化石燃料的超高理论能量密度(11430wh kg-1),有望替代锂离子电池成为驱动电动汽车的电源,引起人们的广泛关注。由于有机电解液较宽的电化学窗口和高离子传导率,因此基于有机电解液体系的金属锂-气体电池发展前景广阔。然而,锂-气体电池电极动力学过程缓慢引发了严重的极化问题,导致电池的能量转化率低,循环稳定性差。为解决上述问题,大量学者致力于设计高效催化剂以推动锂-气体电池的进一步发展。其中过渡金属氧化物催化剂凭借其成本低廉且在剧烈的氧化还原反应中稳定性高而有望成为适用于锂-气体电池的正极催化剂。本论文从构建自支撑过渡金属氧化物正极出发,利用掺杂、磁控溅射,化学还原等方法在过渡金属氧化物表面引入氧空位进而调控材料表面催化活性位,以期获得高能量转换效率且可逆循环性能良好的锂-气体电池。具体研究结果如下:（1）采用水热法与高温煅烧,成功制备了Co掺杂Ni Fe2O4复合泡沫镍正极（Co Ni Fe LDO@Ni）。基于Co Ni Fe LDO@Ni的锂-氧气电池过电位较小（0.98 V）且循环稳定性优异（110圈内无明显衰减）。Co Ni Fe LDO@Ni电极双功能催化活性的改善原因如下:（1）自支撑电极结构有利于加速氧气与电子的传输;（2）掺杂原子Co调控了Fe位点的电子密度并诱导氧空位的形成,而氧空位作为活性位可以促进氧气的吸附且加强电子在界面的传输。（2）采用微量掺杂稀土元素Ce的方法在Co3O4中制造氧空位。与纯Co3O4自支撑电极相比,基于含氧空位的Ce-Co3O4自支撑电极的锂-氧气电池表现出0.9V的低过电势,8250 m Ah g-1的超高放电容量以及长达500圈的循环寿命。含氧空位的Ce-Co3O4电极优异的催化活性应归因于掺杂Ce后形成的氧空位可诱导不饱和配位点的形成并在氧化物表面附近引起电子离域,增强电荷/Li+的转移;此外,氧空位还可以充当键合O2/Li2O2的活性位点,加速涉及氧参与的反应动力学。以上因素共同作用促使Ce-Co3O4在锂-氧气电池中实现高效的双功能催化活性。（3）采用磁控溅射的方法,通过控制溅射时间调节Ni Co2O4中氧空位的浓度。对比基于NCO-0 min,NCO-5 min,NCO-10 min和NCO-15 min电池的电化学性能,仅有以NCO-10 min为正极的锂-氧气电池展现出最小的过电位（0.49 V）且稳定循环100圈不发生性能衰减。结合DFT计算,证实氧空位对调控催化活性的正面作用来源于空位使金属Ed轨道相对于费米能级上移,从而增强氧气吸附以及加速空位处电子转移,提高了材料催化活性。然而过量的氧空位会对材料催化活性的提高造成一定负面影响:随着氧空位的过量,根据电中性原理,大多数金属离子将被还原,导致晶体结构不稳定。（4）采用硼氢化钠溶液刻蚀的方法将氧空位引入Ni O,氧空位改善了Ni O的CO2还原和吸附能力。与普通Ni O自支撑电极相比,具有丰富氧空位的自支撑Ni O电极催化的锂-二氧化碳电池具有最低的过电势（1.2 V）和最长的循环寿命（循环58次）。氧空位之所以能够提高Ni O的催化活性是因为氧空位处产生的多余电子会形成电子供体（Lewis碱）表面,在该表面上,电子很容易转移到二氧化碳中的缺电子碳原子上,促进了含有有氧空位的Ni O表面上吸附的CO2的活化和还原。另外,由氧空位附近的镍离子也可以作为优先吸附CO2的活性位,增强CO2的捕获和吸附。