随着现代电子产品、新能源汽车以及大型储能系统的日益发展,人们对二次电池的能量密度和循环寿命提出更高的要求。锂离子电池经过了三十多年的发展,几乎达到了性能瓶颈,无法满足高储能需求的飙升。锂金属负极拥有较低的密度(0.534 g cm-3)、最低的电化学电势（-3.04 V,相对于标准氢电极）以及超高的理论比容量(3860 mAh g-1)而备受关注,长期以来被认为是下一代锂电池电极材料中的“圣杯”。然而,一些严峻的挑战严重阻碍了锂金属电池的商业化应用,例如锂枝晶的生长、固有的体积膨胀以及低库伦效率。为了解决锂金属电池存在的上述问题,研究人员已经开拓了多种策略来稳定锂金属负极,包括人工SEI膜的开发、电解质组成优化、锂金属负极的结构化设计。其中,锂金属负极的结构化设计是一种解决锂枝晶生长和体积膨胀问题的有效策略。因此,本文从锂金属负极的结构化设计出发,采用简便的静电纺丝技术以及高温热处理制备了三种不同的金属掺杂多孔碳纳米结构,主要研究工作如下:（1）以乙酰丙酮铁（Fe（C5H7O2）3）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为原料,设计了由铁纳米颗粒装饰的多孔碳纳米纤维（PCNF-Fe）支架,且不需要危险的气氛、昂贵的催化剂沉积、额外的碳源。值得注意的是,获得的PCNF-Fe可以作为锂金属负极主体,在各种电流密度下具有较低的锂沉积过电位以及长循环稳定性。其中,该主体在3 mA cm-2的电流密度下可以稳定循环220圈,其过电压仅为23 m V左右。多孔的主体结构可以适应锂电镀/剥离过程中固有的体积膨胀以及锂离子的传输,从而提高循环稳定性。密度泛函理论（DFT）计算表明,Fe纳米颗粒修饰的碳纳米纤维更容易吸收锂原子,从而实现更均匀的锂沉积。（2）以四水合乙酸镍（NiC4H6O4·4H2O）、PAN、PMMA为原料,设计了由镍纳米颗粒装饰的多孔碳纳米纤维（PCNF-Ni）支架。镍纳米颗粒装饰的N掺杂碳纤维可以暴露更多的活性位点来捕捉锂离子,从而改善其亲锂性。此外,3D多孔的导电结构可以减轻体积膨胀变化,并且可以有效降低局部电流密度以抑制锂枝晶的形成与产生。因此,PCNF-Ni主体展现出了优异的电化学性能。DFT计算结果表明,镍纳米颗粒装饰的碳纳米纤维对锂的吸附能力更强,从而实现更均匀的电镀。（3）以Fe（C5H7O2）3、NiC4H6O4·4H2O、PAN以及PMMA为原料,设计了由FeNi合金纳米颗粒装饰的多孔碳纳米纤维（PCNF-FeNi）支架。多孔的结构以及FeNi合金的掺入可以暴露更多的锂成核活性位点,有效降低锂金属的成核过电位,以引导锂的均匀沉积。3D结构化的多孔主体可以提供丰富的导电网络以及更大的比表面积,可以缓冲循环过程中的固有体积膨胀并有效降低局部电流密度,调节锂金属的生长而不存在枝晶问题。该主体在3 mA cm-2的电流密度下可以实现超过220次的稳定循环,并保持较低的过电压。在1 mA cm-2的电流密度和1 mAh cm-2的沉积容量下,PCNF-FeNi电极经过300圈循环后库伦效率仍维持在97%左右。本文为设计3D结构化的高效锂金属负极主体提供了低成本且可扩展的策略,同时也为其他金属负极的灵活设计提供了一定的参考。