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锂-空气（Li-air）电化学系统是目前一种具有代表性的高效、环保能源转换和能量存储技术。其结构组成中,电催化剂在化学过程中起着关键作用,但往往会因催化活性不足、寿命短或成本太高等缺点限制整个系统的性能,这是一个长期存在的问题。因此在低成本开发高效、耐用的电催化剂的基础上,提出了将无机纳米晶直接成核、生长和锚定在纳米碳基上,开发强耦合的无机/杂化纳米碳材料,以提高无机金属氧化物复合材料电催化活性和稳定性。本文中,描述了非水体系可充电锂-空气电池的现状、组成和面临的挑战;采用水热法将Co3O4纳米晶通过Co原子与N原子之间的键合作用附载于氮掺杂多孔碳材料表面,制备了氧还原/氧析出（ORR/OER）双功能催化剂。重点探索了了非水系统Li-air电池中影响电极材料电化学性能的关键因素;讨论了Li-air电池器件充放电循环性能,为多孔双功能催化剂在锂空气电池中的应用提出了新的理论和实验基础基础。得出以下结论:1)通过TEM和BET分析得知,所制备的氮掺杂中空多孔碳材料（NHCNs）属于多孔结构,孔径主要分布在30 nm左右。1000℃下碳化得到的NHCNs比表面积为360.6 m2/g,通过水热法制备的Co3O4/NHCNs因为晶体的堆叠,比表面积下降为278.3 m2/g。电化学测试分析表明,Co含量为30%热处理温度为500℃时所制备的复合催化剂表现出较好的催化性能。所制备Li-air电池经过15圈充放电循环仍可保证500mAh/g的放电比容量,为此类多孔复合催化剂在Li-air电池中应用提供了理论和实验支持。2)通过探索碳化温度对电化学性能的影响表明,800℃下的氮杂多孔碳（NDPC）具有更正的半波电势,其比表面积为56 m2/g,且具有优异的循环耐久性。元素分析结果表明,700℃和800℃下碳化的样品所含氮含量基本保持不变,900℃下的样品能由于碳化温度较高,处于边缘的氮原子和碳原子的稳定下较低,导致氮含量和碳含量都有所下降。3)对Co3O4/NDPC复合催化剂Co元素含量的探索和TEM测试结果表明,Co离子的加入量对所制备材料的最终Co含量有着明显的影响,控制不同水热时间是对Co含量和晶体尺寸调节的有效手段。通过对比所制备复合催化剂和物理混合样品的电化学性能表明,Co含量相差较小时对电化学性能的影响甚微,但比物理混合材料相比,Co-N之间的协同作用对性能有着非常明显的改善。