锂二氧化碳（Li-CO2）电池在CO2固定和储能领域具有巨大潜力,且对锂空气（Li-air）电池的拓展具有重要意义。目前,锂二氧化碳电池常见的反应体系中放电产物是不定形C和宽带隙绝缘性的Li2CO3,其引起的动力学缓慢和高充电电位使得锂二氧化碳电池的极化很大,寿命很短。因此,研究能够促进Li2CO3分解并降低充电电位的正极催化剂变得极为重要。本论文中,我们制备了3种高效的正极催化剂并对其组分、形貌、催化性能和充放电机理进行研究。首先是以浸渍法,在碳纳米管（CNTs）网络上均匀负载了Au纳米颗粒,获得了纳米金/碳纳米管复合材料（Au NPs/CNTs）。相比于负载Au前,基于Au NPs/CNTs的Li-CO2电池在具有6399 m Ah g-1的比容量,这是CNTs电池的2倍,同时表现出83%的高库伦效率。此外,Au NPs/CNTs电池还表现出1.53 V的低极化和46圈的稳定循环性能。进一步的研究表明Au NPs/CNTs电池充放电过程中伴随着Li2CO3的形成和分解,并且放电后的电池正极表面上沉积的是小尺寸的晶态Li2CO3颗粒,而非无定型的Li2CO3,其易分解性有效的改善了电池的循环稳定性。其次是以静电纺丝后石墨化的纤维为载体,通过气相沉积法在其表面负载Cu单原子,获得了Cu单原子/碳纳米纤维复合材料（Cu/NCNF）。实验结果表明,均匀分散的Cu单原子对CO2具有有效的吸附活化作用,同时作为反应活性位点也可以有效的促进Li2CO3的分解;而作为载体的NCNF表现出的高度空间化结构以及其中丰富的氮元素进一步提供了可观的催化活性。电池性能测试显示,Cu/NCNF电池表现出14084 m Ah g-1的高比容量、86%的高库伦效率、1.29V的低极化和133圈的稳定循环性能。通过XPS测试我们还发现Cu单原子在电池反应过程中出现了被氧化的现象,这可能是影响其循环性能的主要因素。最后,为了抑制Cu在电池测试时的氧化,我们通过浸渍法在NCNF上负载Cu、Pd构成Cu Pd合金,获得了纳米铜钯/碳纳米纤维复合材料（Cu Pd NPs/NCNF）。实验结果表明,与Pd的合金化使得Cu在电池反应过程中抗氧化的能力显著提升,从而使Cu Pd NPs在电池反应过程中显示出更加优异的稳定性;同时两种金属之间的协同作用促使Cu Pd NPs具有比Cu单原子更优异的催化性能。电池性能测试显示,Cu Pd NPs电池表现出了18550 m Ah g-1的比容量、90%的库伦效率和1.35 V的低极化,而其269圈的长效循环令人印象深刻。