随着社会经济科技的高速发展,传统的不可再生能源已经无法满足人类的需求,并且以化石资源为燃料对环境造成的伤害是巨大的。因此,新兴的绿色储能设备与能量转换器应运而生。因为锂空气电池具有超高的能量密度,广大学者针对该研究领域进行了大量的探究工作,希望其可以取代商用锂离子电池。锂空气电池主要遵循氧还原/氧析出反应（ORR/OER）路径,然而受制于ORR/OER过程反应动力学低缓所引起的电池循环稳定性差、过电压高和放电比容量难以达到理想值等问题,锂空气电池商业化应用的工作进展缓慢。针对上述问题,我们在锂空气电池正极催化剂的设计与结构优化上展开了相关研究工作。本论文以金属有机框架ZIF-67煅烧得到的碳材料为基础,通过与其他组分复合及结构的调控制备了具有高催化活性的催化剂,并将其安装到锂空气电池检测装置中测试了电池性能。文中所提出的设计思路及表征、测试方法为空气电池催化剂的设计提供了一种新颖的思路。具体内容如下:（1）以Co（NO3）2·6H2O为钴源与二甲基咪唑通过自组装形成ZIF-67,高温煅烧ZIF-67得到Co、N共掺杂的碳材料（Co-N/C）。通过对材料的组成及结构分析得到Co-N/C为N掺杂的分级多孔材料,且煅烧促使了金属-N活性中心的生成。将其应用到锂空气电池正极催化剂时,Co-N/C表现出较好的ORR/OER催化活性但稳定性有待提升。（2）为了进一步提升钴基金属掺杂碳材料的催化活性尤其是循环稳定性,在碳基表面生长片状二硫化钼合成了Co-N/C@C-MoS2复合材料。MoS2既可以及时地捕获溶于电解液中的Li+避免副反应的发生还可以作为保护层封装Co-Nx活性位点,同时在生长MoS2纳米片的过程中Mo与N配位生成了具有催化活性的Mo-N活性中心。将Co-N/C@C-MoS2复合材料用作锂空气电池正极催化剂时,电池在电流密度为100 mA g-1时首次放电比容量高达21197 mA h g-1,在限制比容量为1000 mA h g-1,电流密度为500 mA g-1时稳定循环了332圈。与Co-N/C相比,催化剂的催化活性与稳定性均得到了明显的提升。（3）为了提高催化剂表面反应速率,充分发挥催化剂催化性能,将得到的Co-N/C在空气中煅烧后与CeO2复合生成了Co/CNT@CeO2。在空气中煅烧使得部分钴单质转化成了Co3O4形成了Co/Co3O4异质结,且煅烧过程中部分无定形碳卷曲生成碳管包裹住钴基活性位点。通过与CeO2复合增强材料对氧气的吸附能力和引入更多的可调空位等提高了材料的催化活性。将Co/CNT@CeO2复合材料应用到锂空气电池正极催化剂时,电池表现出出色的倍率性能和优异的循环稳定性。在100 mA g-1的电流密度下放电比容量达到22016 mA h g-1,在限制比容量为1000 mA h g-1,电流密度为500 mA g-1时电池稳定循环了249圈。