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可充式锌-空气电池具有转换效率高、环境友好、可重复循环使用等优点,可广泛应用于电动汽车、便携式电源及发电厂等领域。可充式锌-空气电池的性能取决于阴极氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）动力学。当前,可充式锌-空气电池主要采用Pt、Pd、Au等贵金属材料为阴极ORR催化剂、RuO2和IrO2材料为阴极OER催化剂。这些贵金属催化材料存在资源稀缺、反应动力学缓慢、稳定性差等问题,严重阻碍了可充式锌-空气电池的发展。因此,开发新型价格低廉、催化性能高的双功能催化剂对促进阴极ORR和OER动力学、提高可充式锌-空气电池的性能具有重要意义。过渡金属氧化物资源丰富,且具有电催化性能,被认为是ORR和OER催化剂的可选择材料。但过渡金属氧化物催化剂普遍存在着催化性能低、稳定性差等问题,因此,要将过渡金属氧化物催化剂直接用于可充式锌-空气电池中,必须通过改性提高其ORR和OER催化性能和稳定性。本论文以发展价格低廉、高性能过渡金属氧化物催化材料为目标,主要研究了核壳结构过渡金属氧化物的ORR、OER催化性能,及其在锌-空气电池上的应用。主要研究内容如下:（1）核壳结构氧化钴包覆四氧化三铁（Fe3O4@CoO）纳米复合颗粒的ORR和OER双功能催化性能及锌-空气电池性能研究。以乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、油胺、油酸和四丁基溴化铵为原料,先合成出四氧化三铁的纳米颗粒,然后在四氧化三铁颗粒的表面外延生长氧化钴,得到Fe3O4@CoO纳米复合颗粒。研究表明,Fe3O4@CoO纳米复合颗粒核壳结构的存在能够提高ORR和OER催化性能,其ORR电催化性能接近于Pt/C,起始电位与Pt/C仅相差10 mV;此外,该材料在10 mA cm-2下其OER过电位为390 mV,表现出高于RuO2/C的OER电催化性能。同时,Fe3O4@CoO纳米颗粒在10mA cm-2下其OER电位与-3 mA cm-2下其ORR电位之差（ΔE）为0.794 V,比文献报道的双功能催化剂的ΔE更小,表明Fe3O4@CoO纳米颗粒具有优异的双功能催化性能。Fe3O4@CoO纳米颗粒组装的可充式锌-空气电池比Pt/C-RuO2/C混合催化剂组装的可充式锌-空气电池具有更高的电流密度和功率密度。Fe3O4@CoO的高催化性能主要源于核和壳材料之间的相互作用。另外,壳的厚度对电催化具有重要的影响。本研究为高性能过渡金属氧化物电催化剂的设计和制备提供了新的思路。（2）四氧化三钴包覆氧化钴/氮掺杂碳纳米管复合材料（CoO@Co3O4-NCNT）的ORR和OER催化性能及其锌-空气电池性能研究。以碳纳米管、乙酸钴、乙二胺、亚硝酸钠等为原材料,通过水热法在氮掺杂碳纳米管上生长氧化钴（CoO）颗粒,得到氧化钴/氮掺杂碳纳米管（CoO-NCNT）。在空气气氛中热处理CoO-NCNT,CoO颗粒氧化后表面形成不同厚度的Co3O4层,得到CoO@Co3O4-NCNT。研究表明,CoO@Co3O4-NCNT具有优异的ORR和OER双功能催化性能,其ORR起始电位为0.966 V,具有比Pt/C更好的电催化性能,在10 mA cm-2时的其OER过电位为430 m V,Tafel斜率为80.2 mV dec-1,具有比RuO2/C更优异的OER动力学过程。此外,CoO@Co3O4-NCNT的ΔE为0.810 V,低于文献报道的大多数催化剂。CoO@Co3O4-NCNT组装的可充式锌-空气电池,电流密度、功率密度比Pt/C-RuO2/C的更大,并且CoO@Co3O4-NCNT具有更好的长期循环稳定性。因此,CoO@Co3O4-NCNT材料是优异的双功能催化剂,具有大规模应用的潜力。综上所述,本论文针对当前锌-空气电池循环性能差、催化剂价格昂贵等问题,开发了Fe3O4@CoO和CoO@Co3O4-NCNT双功能电催化剂。研究表明,Fe3O4@CoO中的核壳结构能够提高电催化反应性能;空气中热处理得到CoO@Co3O4-NCNT能够提供更多的电化学活性面积,并降低ORR和OER电荷转移电阻,提高ORR、OER电催化性能。本论文为高性能ORR、OER双功能电催化剂的设计和制备提供了新的思路,对促进锌-空气电池的商业化进程具有重要意义。