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传统化石能源的消耗带来日益严重的环境问题,新型可再生清洁能源的开发变得尤为重要。而可再生清洁能源常受地域和季节的限制,因此开发高效的能量存储和转化系统迫在眉睫。在能量存储和转化系统中,Li-O2电池因其3505 W h kg-1高的理论能量密度而引起了全球关注。然而,Li-O2电池固有的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）缓慢反应动力学限制了其发展。另外,放电后产生的不溶和导电性差的过氧化锂（Li2O2）会减慢Li+和O2在电极上的传输,从而导致Li-O2电池电极钝化,过电势高和循环稳定性差。为此,开发出具有高催化活性且能容纳大量放电产物Li2O2的多孔材料作为O2电极是提高Li-O2电池性能的可行策略。电极催化反应是发生在催化剂,电解液,氧气三相界面的表面反应。因此,研究表面性质和催化性能之间的关系对于开发具有优异催化活性的催化剂至关重要。本文从保护活性位点,建立异质界面和诱导额外缺陷三个方面深入探讨其对催化剂固有催化活性的影响。获得以下研究结论:（1）采用MOF（Metal-Organic Frameworks）作前驱体,以介孔Si O2为模板,通过模板法和煅烧法结合制备了将钴纳米颗粒包裹在多孔氮掺杂碳纳米框架中的核-壳异质结构催化剂（Co,N-CNF）。制备的Co,N-CNF催化剂具有多层sp2杂化的石墨为外层壳和金属钴纳米颗粒为核的核-壳结构。煅烧过程中介孔Si O2模板捕获了挥发性碳和氮物种,并在热解后保留了MOF前体的多孔隙结构以及均匀分散的金属纳米颗粒。同未采用介孔Si O2模板保护下制备的金属钴锚定的氮掺杂碳纳米多面体（Co/NCP）以及Super P相比,基于核-壳结构Co,N-CNF催化剂的Li-O2电池展现出更低的过电位（1.03 V）,更高的放电容量(500 m A g-1电流密度下为5288 m A h g-1)和出色的循环稳定性（>500次）。这些优异的性能归因于核-壳异质结构以及完全暴露的金属钴活性位点。（2）采用退火工艺辅助水热法成功地制备了仙人掌状的镍钴氧化物和氧化镍异质结构（NCO@NO）,这种结构有利于电子和氧气的传输,并且丰富的孔隙和大的比表面积保证了反应位点的供应和放电产物的容纳。与单组份的Ni Co2O4和Ni O相比,基于NCO@NO的Li-O2电池展现出超高的放电/充电容量(17463.5m A h g-1和17177.9 m A h g-1)。NCO@NO材料明显的异质界面可以产生内置电场,有利于提高催化活性,从而在放电和充电过程中促进氧反应相关的动力学。NCO@NO材料独特的仙人掌结构和异质界面相互协同,促使NCO@NO基的Li-O2电池展现出低过电势（0.98 V）和优异的循环稳定性（高达500个循环）。（3）结合水热法和热处理方法,成功制备了具有异质界面的CoSe2@NiSe2。CoSe2和NiSe2之间不同的Jahn-Teller效应促进了异质界面处局部原子畸变和重排的形成,这可以降低表面能并暴露更多的活性位从而增强催化性能。此外,CoSe2@NiSe2的异质界面有利于在充电/放电过程中形成内置电场,从而使电极具有快速的电荷传输速率和反应动力学。由于无序原子排列与异质界面处的内置电场之间的协同相互作用,基于CoSe2@NiSe2的Li-O2电池显示出显著优于单组份CoSe2和NiSe2基电池的高放电/充电容量(3530.1 m A h g-1和3485.6 m A h g-1),低的过电位（1.21 V）和超过1200小时的出色循环能力。