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随着人类对汽车使用量的不断增加,化石能源的日益枯竭及其使用引起的环境污染成为当今社会面临的重大问题,节能减排、发展环保高效的电动汽车已成为国家战略需求。目前电动汽车存在着续航里程短的缺点,主要受限于商用动力锂离子电池的实际能量密度。当前商用锂离子电池能量密度约为200-300 Wh/Kg,相应的实际电动汽车续航里程只有200-300公里。因此,发展高比能电池,如锂氧电池,其理论能量密度可达到3500 Wh/Kg左右,是解决电动汽车续航里程短问题的有效手段。然而,锂氧电池的实际应用仍然面临着许多挑战,例如能量转换效率低,循环-稳定性差等。造成上述问题的原因有:（1）氧气阴极/电解液界面反应速率低,造成电池充放电过电势较高,能量效率低;（2）氧气阴极/电解液界面反应产生大量的活泼中间体,例如单线态氧,超氧化锂（LiO2）,它们与有机电解液发生副反应,并在氧气电极上沉积大量副产物,造成电极循环稳定性差。这些问题直接导致了锂氧电池较低的电池容量,较差的循环稳定性和倍率性能,成为制约锂氧电池发展的技术瓶颈。因此,提高阴极反应速率、同时稳定和快速转移活泼中间体是减少阴极副反应、提高锂氧电池容量、循环稳定性和倍率性能的有效手段。本研究通过,在有机电解液中引入蒽醌（AQ）衍生物作为中间体LiO2的捕获剂、改变AQ分子取代基类型调节其供吸电子能力,从而调控阴极氧还原（ORR）反应过程中AQ对电极表面产生中间体LiO2活性,同时阐明阴极ORR反应动力学速率和稳定性随LiO2中间体稳定状态的变化规律,并最终实现阴极ORR反应速率和稳定性的提升。具体研究内容分为以下两部分:（1）调节AQ捕获剂的分子结构,实现对LiO2分子吸附能的调控。通过改变AQ分子取代基（如叔丁基、氟基）,调控AQ分子的供吸电子能力,从而实现其对LiO2吸附能力的调控。相比于AQ分子,含有供电子基团的2-叔丁基蒽醌（2-TBAQ）对LiO2的吸附较弱,阴极ORR反应速率较低;而具有吸电子基团的1,4-二氟蒽醌（1,4-DFAQ）对LiO2的吸附较强,可以显著提升阴极表面ORR反应速率和稳定性。结合实验和理论研究,我们阐明了AQ分子捕获剂与LiO2吸附能力对电池循环稳定性、倍率性能和容量的影响规律。以纳米碳纤维网络和锂片为阴、阳极组装的锂氧电池,其中电解液中加入10 m M 1,4-DFAQ后,电池的放电容量可达13.5m Ah/cm2,较之前提高了3倍,同时循环稳定性提高了4倍;较AQ分子添加的锂氧电池容量和循环稳定性分别提高了2倍和2.5倍。同样重要的是,电池在500 u A/cm2的电流密度下容量达到了100 u A/cm2的80%,其倍率性能远高于无分子添加剂和AQ分子添加剂的锂氧电池。更加重要的是,相比已报道的最好的液相催化剂DBBQ添加的锂氧电池,其容量、循环稳定性、倍率性能分别提高约2.5倍,2.5倍和40%。对放电过程放电产物进行表征分析,结果表明强吸附中间体LiO2的1,4-DFAQ的加入,可以明显抑制副产物Li2CO3的生成。进一步结合理论计算和实验过程,阐明了1,4-DFAQ可以实现中间体LiO2从电极表面向电解液的稳定和转移,避免活泼中间体LiO2引发的电解液反应,并深入分析了电池性能提高的根本原因。（2）调节AQ捕获剂浓度,实现其对电极表面LiO2的完全捕获,进一步提升锂氧电池的性能。为了达到完全捕获LiO2的效果,我们提高了醌类分子的浓度,结果证明2-TBAQ浓度提升至100 m M时和1,4-DFAQ分子浓度提升至30 m M时锂氧电池性能达到最优。浓度为100 m M的2-TBAQ相比于10 m M时容量（7.5→13 m Ah/cm2）和循环稳定性分别提升约2倍和2倍;浓度为30 m M的1,4-DFAQ相比于10 m M时容量（13.5→16.5 m Ah/cm2）和循环稳定性分别提升约1.5倍和1.5倍。浓度为30 m M的1,4-DFAQ添加剂的锂氧电池其容量和循环稳定性均优于100m M的2-TBAQ,进一步证明了1,4-DFAQ分子具有较强吸附LiO2的能力,实现了LiO2的稳定和高效转移。