锂空气电池是一种清洁能源,能量密度高(11430 Wh·kg^-1)、环境友好,被认为是可替代锂离子电池成为下一代新的储能系统。目前,锂空气电池的研究已取得初步进展,但距离商用化的目标还有很多工作需要去做,有一些瓶颈问题急需解决,如开发稳定的电解液、寻找合适的双效催化剂等。电解液不稳定、易分解的问题是由充电过程中过高的过电势引起的,而双效催化剂可以有效地降低充电过电势,减少电解液的分解。本文合成立方结构的TiN纳米粒子,用作锂空气电池催化剂,来降低充放电过电势,提高锂空气电池的容量与循环性能。TiN,催化活性类似于贵金属Pt,电导率良好,化学稳定性高,被广泛应用在电池领域作催化剂或者催化剂载体。此外,TiN还具备制备流程简单,原料储备丰富,花费成本低等优点。TiN纳米粒子是由直流电弧设备在氢气与氮气混合气氛下制备的,利用透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等设备表征样品的微观结构与物相,结果表明TiN纳米粒子为单晶、立方结构,晶粒尺寸分布范围为30.00-70.00 nm,结晶度好,制备纯度高。采用XPS对样品表面元素以及成键状态进行分析,发现在TiN表面除了Ti、N元素外还存在微量的O元素,表面形成的是Ti-N键、Ti-N-O键、Ti-O键,即TiN纳米粒子表面含有少量的氮氧化钛（TiO_x N_y）和低价钛氧化物(Ti_n O_2n-1)。这些氧化物是由于纳米粒子空气钝化引起的,含量极少,且为不定形物相,它们的存在可以增强TiN的导电性以及催化活性。采用旋转圆盘测试TiN的催化活性,结果表明纳米TiN对ORR与OER都有催化作用。经计算,使用纳米TiN作催化剂的ORR过程发生的是二电子反应。在电化学测试中,TiN电极表现良好。在电流密度为50 mA·g^-1时,放电比容量为3037 mAh·g^-1,充电平台为4.2 V,低于电解液的分解电压（4.3 V）。在定容300 mAh·g^-1,电流密度75 mA·g^-1时,电池可循环25圈,可逆性良好,无容量衰减。在限定容量为500 mAh·g^-1,电流密度为75 mA·g^-1时,电池可稳定循环13圈,能量效率维持在62%左右。在电池充放电结束后,利用XRD、TEM、FT-IR对电极片进行物质检测,发现放电后的电极片上生成了圆盘状的Li₂O₂,在充电后电极片上的Li₂O₂消失了,验证了Li₂O₂的生成与分解是锂空气电池的主要反应。同时测试发现TiN的衍射峰在充放电前后没有发生变化,证明了TiN在高电压下具有良好的稳定性。