近年来,全球气候的逐渐恶化以及化石能源的渐渐匮乏引起的环境和能源问题成为了人类所必须解决的主要问题。因此,人们越来越迫切的希望开发满足人类需求的新型清洁能源以及相应的能源存储和转化技术。可充电锂空气电池(Li-Air batteries,LABs),拥有几倍于商用锂离子电池的超高的理论能量密度(甚至能和汽油相当),因此成为了最受人们关注的新型能源存储技术。然而,要实现锂空气电池理论能量密度的最大化,还需要克服诸如材料和电解液的稳定性、较差的循环寿命以及过高的充放电过电势等难题。研究发现,高效的正极催化剂材料的开发是解决这些问题的关键技术之一。其中,过渡金属氧化物以其地壳丰度高、成本低和性能优异等优点成为正极催化剂材料的研究热点。本论文采用化学法成功合成了 CoSn03纳米材料,并在此基础上对其进行改性,分别制备了CoSn03@rGO和CoSn03@Ru02纳米复合材料。系统地研究了 CoSn03及其纳米复合材料作为锂空气电池的正极催化剂的电化学性能。本论文的主要研究结果如下:1、实心结构和空心结构的CoSnO3纳米立方块的制备及其电化学性能的研究本实验以CoCl2和SnCl4为原料,柠檬酸钠为稳定剂,在碱性环境下采用化学共沉淀法合成了前驱体CoSn(OH)6氢氧化物,随后对其进行热处理获得最终产物CoSnO3。通过调节NaOH的加入浓度和时机,可控的合成了尺寸均一的实心和空心立方块结构的CoSnO3纳米材料。分别将实心和空心结构的CoSn03作为正极催化剂材料进行锂空气电池的性能测试。测试结果表明,在限制比容量为1000mAhg-1的测试条件下,相比于以科琴碳(KB)作为正极催化剂材料,两者的电化学性能均有明显提升。研究结果表明以实心和空心结构的CoSn03作为正极催化剂材料,它们的第一圈过电势分别降低了 320 mV和340 mV,并且在电流密度为200 mA g-1的条件下能分别稳定循环57圈和106圈。空心结构的CoSn03纳米立方块的各项性能均优于实心结构,是由于空心结构大幅度增加了材料的比表面积,增大了电解液和催化剂材料活性位点的接触面积。2、CoSnO3@rGO纳米复合材料的制备及其电化学性能的研究在上一步合成的空心纳米立方块结构的CoSnO3实验基础上,反应前加入化学法制备得到的氧化石墨烯(GO),并在反应后向混合溶液中加入阳离子表面活性剂CTAB,实现了对产物的石墨烯修饰,经过热处理还原后制得CoSnO3@rGO纳米复合材料。基于石墨烯具有良好的导电性能,快速的电子和离子传输能力,同时由于其巨大的比表面积增加了增大了电解液和催化剂材料活性位点的接触面积为放电产物Li2O2的形成和分解提供了场所等因素。CoSnO3@rGO的OER催化活性和循环稳定性在CoSnO3基础上均得到提升。3、CoSnO3@RuO2纳米复合材料的制备及其电化学性能研究在第一步制备的空心纳米立方块结构的CoSnO3实验基础上,通过简单的水热反应将RuO2纳米颗粒负载于CoSnO3表面上,成功制备了 CoSnO3@RuO2纳米复合材料。通过对比电化学测试结果,发现CoSnO3@RuO2作为锂空气电池空气电极的催化剂材料,电池的电化学性能优于单纯的CoSnO3材料。这归功于CoSnO3@RuO2特殊的结构设计,细小的RuO2纳米颗粒均匀的分布于CoSnO3立方块表面。由于紧密结合的CoSnO3立方块和RuO2纳米颗粒两者之间的协同作用,大幅度提高了材料的OER和ORR催化活性,因而改善的电池的电化学性能。