锂-空气电池具有能量密度高(达5200 Wh kg^-1,包含氧),绿色环保等优点,是目前备受关注的电化学能量存储体系。但是,由于放电时的氧还原反应（ORR）和充电时的氧析出反应（OER）动力学过程缓慢,电池的实际充放电容量低、倍率性和循环稳定性不理想。针对这些问题,本论文从开发新型过渡金属碳化物（Mo₂C）ORR/OER双功能催化剂入手,系统研究了其在碱性溶液中的ORR/OER催化活性和稳定性,并以此为基础,开发新型无粘结剂空气电极,组装并探讨其对锂-空气电池性能的影响。第三章,以碳球为模板和碳源,通过简单的水热合成和高温退火,分别制备出具有核-壳结构、蛋黄-蛋壳结构及镂空结构等不同形貌的Mo₂C-C微球状复合材料。通过旋转环盘电极（RRDE）测试,研究不同形貌Mo₂C-C复合材料在0.1 M KOH溶液对ORR和OER催化活性,研究结果表明,蛋黄-蛋壳结构的Mo₂C-C复合材料的ORR和OER催化活性最为优异,并表现出优于商业Pt/C和RuO₂催化剂的ORR和OER催化稳定性。较高的催化比表面积可以暴露出更多的催化活性位点,此外,在Mo₂C纳米颗粒表明包覆的无定型MoO_x纳米层既进一步增强了Mo₂C颗粒的导电性能,又可以抑制Mo₂C纳米颗粒的团聚长大,保障Mo₂C-C复合材料的催化稳定性。第四章,以碳布（CC）为碳源,MoCl₅为钼源,通过溶液浸渍和高温刻蚀方法成功制备出Mo₂C@CC无粘结型空气电极。在此空气电极中,碳纤维被刻蚀成多孔结构,而Mo₂C纳米催化剂原位生长刻蚀生成的孔内。组装并测试Li-O₂电池,在200,500和1000 mA/g电流密度下,Mo₂C@CC空气电极的初次放电容量分别高达11853mAh/g,9783 mAh/g和7646 mAh/g,表现出了优异的放电容量和倍率性能,在500mA/g和500 mAh/g充放电截止容量的条件下,电池稳定循环150圈以上而没有丝毫容量损失,表现出优异的循环稳定性。高效的Mo₂C双功能催化剂和独特的电极结构是Li-O₂电池具有优异性能输出的主要原因。第五章,为了进一步探索并验证无粘结型空气电极的可行性,我们以碳布（CC）为集流体,四水钼酸铵为钼源,次亚磷酸钠为磷源,通过水热法和高温热解磷化法制备了无粘结型MoP@CC空气电极,并组装和测试有机体系Li-O₂电池。测试结果表明,MoP@CC空气电极在有机体系Li-O₂电池中表现出了远优于CC空气电极的放电容量、充放电过电压和库伦效率,电池实际放电容量高达2.448 mAh,充放电库伦效率高达94.4%,并且能够在100μA和充放电截止容量0.25 mAh条件下稳定循环400次以上,容量没衰减,仅放电电压降低了约9.0%。研究表明,原位生长无粘结型MoP@CC空气电极可以用作Li-O₂电池高效电极。