在新兴的能源存储器件中,锂氧气电池具有极高的能量密度,远高于锂离子电池,有望用于新能源汽车和大型电网储能设备。但是目前,锂氧气电池面临着众多问题,限制着它的进一步实际应用。锂氧气电池正极材料作为电催化反应的中心,对于构建高性能的锂氧气电池极其重要。近些年来,各类催化剂材料涌现,使得电池性能有了很大增幅。本文的工作主要重点在于研究新型过渡金属硫化物(Pd4S)和优化过渡金属氧化物(FeCo204)的锂氧气电池性能,并探究了相关材料的催化机理。第一个工作采用室温搅拌加烧结的方法制备了硫化核壳纳米颗粒,构建了一种适用于锂氧气电池的复合材料。具体方法先是采用绿色无污染的海波(Na2S2O3·5H20)作为硫化剂,合成了钯金属表层包裹PdxSy的核壳异质材料,再结合相图确定烧结温度,得到了单相Pd4S包裹钯金属的异质结构纳米颗粒。另一方面使用硬模板法设计了导电性良好的多孔碳材料,并与Pd@Pd4S异质纳米颗粒进行复合,制得Pd@Pd4S-C复合材料,并且首次用于锂氧气电池正极。与多孔碳材料复合不仅减少了贵金属的用量,较大的比表面积还使得具有较好催化性能的Pd@Pd4S纳米颗粒得到均匀分散,可以使其充分地发挥出优异的催化活性。实验结果表明,Pd@Pd4S-C中具有高比表面积的规则多孔结构提供了足够的Li202存储空间,取得了较高放电容量。Pd4S的引入极大地促进了 Li202的分解,有效地降低了过电位,并为锂氧气电池稳定循环提供了保证,在电流密度为500 mA g-1时,可以循环176圈,而未硫化的Pd-C复合材料在同样的条件下仅能维持90圈循环。这种新的异质结构制备方法突出了高效氧气电极设计的重要性,为锂氧气电池正极材料探索提供了一种有效的新思路。虽然金属硫化对于正极材料实现了更加稳定的循环性能,但是该复合材料本身仍有许多问题。例如引入碳材料增加了充放电过程中的含碳副反应,此外使用粘结剂则会不可避免的造成孔道的堵塞,并且催化剂材料还会分布不均匀,导致部分Li202直接在表面分解而非在与催化剂的接触面上。考虑到上述问题,我们制备了泡沫镍上生长的FeC0204尖晶石纳米线作为锂氧气电池的自支撑电极,避免了引入碳材料和粘结剂,并且催化剂材料在泡沫镍基体上分布均匀,保证了催化剂活性位点与放电产物结合良好,因此获得了优异的大电流超长的循环性能和深度充放电循环能力。在500 mAh g-1的截容量和500 mA g-1的高电流密度下可实现300次低过电势循环。深度充放电模式下,优化后的FeC0204正极能稳定循环超过30圈,并且容量保持在2100 mAh g-1左右。优越的电化学性能可以归因于FeC0204中Fe3+对其电子结构的调控,使尖晶石结构材料的表面具有更稳定且更高的Co3+,提高了对氧气以及锂氧中间体的吸附能力,从而在更高的电流密度下获得更高的电催化性能。此外,纳米线形貌在循环过程中从阵列形转变为金字塔状纳米线簇,使其形貌结构更加稳定,从而保证了锂氧气电池的长时间循环。这项工作为二元金属氧化物正极材料的优化提供了一种新的处理策略。