随着社会与经济的发展,人们在生产生活中对储能器件提出了更高的要求。锂氧电池以5200Wh/kg(vs.Li&O)的超高理论能量密度而具有广阔的应用前景。然而锂氧电池距离实际应用仍有众多问题需要解决,包括氧电极反应ORR/OER动力学过程缓慢、放电产物Li202导电性差、电解液及正极材料在高充电电压下不稳定等,这些问题严重制约了锂氧电池的发展。为了改善这些问题,研究者们对锂氧电池的正极催化剂、电解液、负极保护等方面做了广泛研究,但仍然没有解决氧电极放电容量低、可逆性差这两个根本问题。针对上述问题,本文以提高放电容量和改善电化学反应可逆性为目标主要研究了正极材料的孔结构和催化性能间的构效关系。以葡萄糖为碳源,研制了具有丰富孔结构的大孔碳材料(MPC),在优化制备工艺的基础上,提出了电化学处理以及后处理的新方法,改善了材料的孔结构和内表面电化学活性,使得放电容量显著增加。研究表明,相比于传统蒸发干燥得到的(MPCED),喷雾干燥和液氮闪冻干燥得到的大孔碳(MPCsD,MPCFD)具有更均匀的薄壁孔结构与更大的比表面积,在锂氧电池中首圈放电比容量分别提高了 1 1.6%及14.4%,达到5265 mAh g-1MPC和5397 mAh g-1MPC。经电化学嵌裡后再进行H2O和CC2氧化处理的大孔碳(MPCFDH2O MPCFD CO2),有效改善了大孔碳的内表面活性,首圈放电比容量进一步提高 8.2%与 29.8%,分别达到了 5837 mAh g-1 MPC 与 7005 mAh g-MPC。掺杂氮原子及Co担载(N-MPC,Co@N-MPC)也提高大孔碳的放电比容量,并且有效改善大孔碳材料的催化活性,降低充电过电位,延长循环寿命。进一步地,通过喷雾干燥制得的N-MPCsD,在锂氧电池中放电平台提高至2.725 V,首圈放电比容量高达10470 mAh g-1 MPC。Co担载后(使用Co@N-MPCSD)放电平台进一步提高(2.77 V),并保持较低的充电中压(3.89 V),首圈放电容量达到11584mAhg-1 MPC。在此基础上,液氮闪冻制备的Co@N-MPCFD材料,经电化学嵌锂后再进行化学氧化处理。结果表明,相比Co担载含氮大孔碳(Co@N-MPCFD)的比容量12022 mAh g-1 MPC,嵌锂后通过CO2和H20氧化处理得到的Co@N-MPCFD CO2和Co@N-MPCFD H2O材料的比表面积进一步提高,放电容量分别提高了 26.2%与 8.3%,达到 15168 mAh g-1MPC 和 13016 mAh g-1MPC。其中,Co@N-MPCFDCO2凭借其优异的催化性能与孔结构,循环寿命达到了 100圈。