随着化石燃料的不断燃烧,环境问题变得越来越重要。如何实现可持续的清洁能源技术成为解决能源问题的关键。其中锌空气电池由于其廉价,放电平台稳定,安全性高以及具有高的能量密度,而备受研究者的关注。由于锌空气电池在正极充放电过程发生的是析氧（OER）和氧还原（ORR）反应,因而迫切需要开发高性能的ORR和OER双功能催化剂。目前贵金属催化剂虽然具有卓越的电催化性能,但稳定性低、稀缺性以及单个的贵金属不能同时具备优异的双功能作用等问题,严重阻碍了锌空气电池的发展和应用。研究相对廉价的非贵金属催化剂是锌空气电池大规模应用的关键。本文主要研究的是将金属钴与其它金属共同封装在碳纳米管中,通过调控形貌结构以及改善碳层电子结构,从而获得高性能的催化作用。（1）采用简单的一步热解法,成功合成FeCo合金,并将FeCo和Co纳米粒子封装在N掺杂碳纳米管中。Fe Co-Co/NC具有多种活性物种（Fe Co、Co、NC）,以及这些活性物种（Fe Co、Co、NC）之间的紧密结合,这种巧妙的结构能快速催化OER和ORR过程。电化学研究表明,ORR过程中Fe Co-Co/NC的起始电位为0.93 V,半波电位为0.808 V,极限电流密度为5.01 m A cm-2。在OER过程中,10 m A cm-2的阳极电流密度下,表现出只有353 m V的过电位,并且还观察到较低的Tafel斜率和以及良好的耐久性。组装的Fe Co-Co/NC锌空气电池在充放电测试中能循环2000次之久。这为OER和ORR的高效双功能电催化剂的制备提供了一种新的策略。（2）为了进一步提高ORR的性能,我们通过引入金属铜制备一种碳纳米管封装金属Co和Cu纳米粒子的Co/Cu0.2@NC催化剂。所制备的Co/Cu0.2@NC催化剂具有显著的ORR（半波电位为0.838 V）和OER(322 m V过电位在10 m A cm-2电流密度下)电化学活性。铜纳米粒子的引入提高了材料的ORR活性,钴纳米粒子能诱导碳纳米管的生成并对OER有高效的催化作用。组装的Co/Cu0.2@NC可充电锌空气电池具有很高的功率密度(170 m W cm-2)以及较高的开路电压1.485 V,更重要的是,Co/Cu0.2@NC展示了超长的稳定性,不但组装的液态锌空气电池能循环稳定400 h,而且组装的柔性锌空气电池也可以稳定循环480次循环（80 h）。这种优良的双功能催化剂将在柔性电子产品中具有广泛的应用前景。（3）为了制备无粘结剂的空气电极,通过简单的高温热解法,在泡沫铁上原位生成了碳纳米管包覆的Fe Co和Co金属纳米粒子。实验结果显示了,制备的Fe Co@NC/FF能高效的催化HER,OER,ORR过程,因此可以直接用于可充电锌空气电池的和全解水的电极。将Fe Co@NC/FF催化剂同时为阴极和阳极组成的全解水装置在10 m A cm-2条件下只需要1.623 V的电压。制备的液态锌空气电池能循环稳定500 h,同时也具有很高的放电比容量817.31 m Ah g-1。另外,Fe Co@NC/FF固态锌空气电池具有高的峰值功率密度83.19 m W cm-2,并且在充放电循环过程中起始的充放电电压差仅为0.57 V,超过了贵金属催化剂。由于组装的液态锌空气电池,固态锌空气电池及全解水装置都具有良好的性能,用制备的Fe Co@NC/FF液态和固态锌空气电池都能驱动以FeCo@NC/FF为双电极的全解水装置。