新型储能器件因其转换率高、易于构建和储存方便等优势越来越多受到人们重视。其中锂氧电池比能量密度高达3500 Wh kg^-1以上,有望取代汽油成为新一代汽车动力电源。尽管锂氧电池有良好的应用前景,但是仍存在许多难题和挑战,如容量发挥较差、循环效率较低、电解质易分解和循环寿命短等。主要原因如下:1)充放电反应过程中发生严重副反应;2)高效催化剂匮乏。针对目前其面临的问题,本论文以设计和制备高活性催化剂为研究目的,开展以下三方面的研究:1.采用水热法一步合成套层球形微纳结构的NiO材料。通过催化测试表明,多层纳米球结构的NiO材料在碱性溶液中具有很好的电催化性能,尤其表现出突出的氧析出性能和很强的稳定性。NiO材料在恒流测试中,放电截止电压为2.0 V时,放电比容量可以达到3040 mAh g^-1。此外,在0.1 mA cm^-2恒定比容量800 mAh g^-1条件下,可以循环50次以上。x射线光电子能谱检测到:在放电过程中生成Li₂O₂和Li₂CO₃放电产物,并且在电池充电后几乎完全分解,说明我们合成的目标产物有很好的双效催化性能。2.通过水热法制备微纳二次结构Pt/NiO双效复合催化剂,并对材料性能研究。在碱性溶液测试材料的ORR、OER性能,在酸性溶液中测试材料的HER性能,结果发现,1%Pt/NiO复合材料催化性能达到最优,并且稳定性也优于商业Pt/C材料。选取1%Pt/NiO复合材料作为锂氧电池催化剂,结果表明Pt/NiO复合材料具有良好的催化性能。在恒流测试中放电比容量可达到2329 mAh g^-1,恒流循环20次依然可以保持放电比容量在900 mAh g^-1以上。在恒容800 mAh g^-1条件下,电池可以稳定循环47次。3.用水热法成功制备出海胆状CNT/NiO材料。结果表明,CNT/NiO材料具有优异的介孔结构。测试结果表明CNT/NiO复合材料在碱性溶液中表现出良好的电催化性能,其ORR极限电流密度达到4.676 mA cm^-2,几乎可以与商业Pt/C相媲美。2 CNT/NiO材料在恒流条件下,其放电容量为4639 mAh g^-1,放电平台2.64 V左右,循环效率达到86.2%。在恒容500 mAh g^-1和恒容800 mAh g^-1条件下分别循环30次。通过设计构筑套层微纳结构球形NiO、微纳二次结构Pt/NiO和海胆状CNT/Ni O微球,研究影响二次微纳结构球状NiO的生长的因素,阐明其生长机理;通过研究其组成、形貌、结构、表/界面化学与电化学催化性能之间的构效关系,揭示二次微纳结构球状NiO材料催化机理。研究结果表明,二次微纳结构球状NiO材料是一种高活性的双效锂氧电池正极材料,为锂氧电池的应用奠定坚实基础。