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锌-空气电池由于比能量密度大、安全性高和资源丰富等而受到广泛关注,然而合成高效的非贵金属电催化剂和解决空气电极极化严重问题是推广锌-空气电池应用的迫切而又具有挑战性的课题。本论文主要从提高催化剂活性及稳定性和优化空气电极制备工艺两个方面出发,关键是比较和分析相关参数以改善空气电极的放电性能。首先采用简单的一步热解法,在碳化过程中将杂原子磷（P）掺杂到花状双金属（Co/Zn）金属-有机骨架化合物（MOFs）衍生的钴、氮共掺杂多孔碳类催化剂（Co-N-C）中,制备出三维多孔Co@Co-NPC。改变P相对于催化剂的掺杂量,对Co-N-C材料进行掺杂改性。通过物理表征和旋转圆盘电极等电化学测试发现:当P的掺杂量为0.5%时,得到的3D-Co@Co-NPC-6具有良好的甲醇耐受性和循环稳定性,优于商业Pt/C催化剂,其半波电位为0.872 V,极限扩散电流密度为4.78mA cm-2。另外P的掺杂对氧析出催化活性的提升也有极大贡献,说明杂原子P的掺杂可以有效提高Co-N-C催化剂的活性及稳定性。当采用3D-Co@Co-NPC为催化剂组装锌-空气电池时,开路电位为1.486 V,功率密度为182.5 mW cm-2,容量为764 mAh g Zn-1,充放电循环实验稳定性极佳（超过90 h）,证明催化剂在锌-空气电池中潜在的应用可能性。酸洗实验表明,Co纳米颗粒可以促进3D-Co@Co-NPC-6催化活性的增强。3D-Co@CoNPC-6具有优异的电催化活性,主要归功于经过P掺杂后,高的吡啶氮和石墨氮的百分含量,三维多孔结构以及高导电性等特点。其次对空气电极集流体的结构进行优化,将导电碳粉与PTFE乳液填充于集流体中疏水化处理,通过正交实验方法确定电极制备过程中的最大影响因素聚四氟乙烯（PTFE）。实验数据表明,PTFE含量为乙炔黑质量的3.6倍,热处理温度为300℃时,电极3-300表现优异的电化学性能。适量的PTFE可以确保小孔隙和大孔隙数量的平衡。300℃热处理可提高软化的PTFE的流动性,使空气电极具有均匀的疏水性。电极3-300在100 mA cm-2下的极化电位为-0.405 V vs.Hg/HgO,说明按照优化工艺,所制备的电极具有相对较小的极化损失。经过5-20 mA cm-2的阶梯式恒流放电,电压保持率为94.47%,具有优异的倍率性能。