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研制能量密度高、安全和长循环寿命的可充电电池是21世纪大规模智能网络、电动汽车和超越锂离子电池的可穿戴电子设备面临的最大科学挑战。锌空气电池（Zn-air batteries,ZABs）以其独特的半开放系统、显著的理论能量密度、环保性和资源丰富性有望成为下一代全球储能设备。由于控制ZABs放电和充电过程的氧还原反应（Oxygen reduction reaction,ORR）和氧析出反应（Oxygen evolution reaction,OER）动力学缓慢,严重影响ZABs的循环寿命和能量转换效率。铂（Pt）和其他贵金属基催化材料分别被认为是催化ORR和OER的有效催化剂。但是,贵金属的稀缺性、成本昂贵等原因使得它们无法广泛使用。沸石咪唑骨架（Zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs）及其衍生物具有孔隙率高、晶体结构可控、化学成分可调等特点,是理想的ZABs前驱体。结构的可调性使ZIFs及其衍生物在各种电催化剂和储能器件中均具有广阔的应用前景。本论文以ZnCo-ZIF作为前驱体,分别运用表面工程、自生长、复合等方式将聚苯乙烯（Polystyrene,PS）、Ni Fe层状双氢氧化物（Ni Fe layered double hydroxide,Ni Fe LDH）、CeO2与ZnCo-ZIF衍生的多孔碳相结合,制备了一系列具有ORR/OER双功能活性的电催化剂并用于ZABs。具体实验如下:（1）通过控制成核过程,在PS模板上合成了高度有序的ZnCo-ZIF。在此基础上,采用煅烧法制备了三维有序微中大孔Co-N掺杂碳多面体（3DOM Co-NCPs）。在高度分散的Co-N-C催化中心和独特的孔结构的协同作用下,合成的3DOM Co-NCPs表现出较好的双功能活性。其中,在碱性测试条件下,3DOM Co-NCPs-900的ORR半波电位(E1/2)为0.854V,在电流密度为10 m A cm-2时的OER过电位为418 m V。将其组装成ZABs,其性能与Pt/C+Ru O2催化剂比较性能有显著提高,循环稳定性可达100 h,功率密度为152 m W cm-2,比容量为710 m Ah g-1。（2）ZnCo-ZIF作为前驱体经过高温碳化和水热反应后,将CeO2纳米颗粒锚定在Co,N掺杂的碳多面体上。由于CeO2和ZnCo-N-C之间的协同作用,并且CeO2上的氧空位可以增强O2在界面上的吸附,促进吸附的O2活化为O2-,从而缓解了ORR过程中的缺氧性,从而提高ORR活性。此外,Ce3+和Ce4+之间的有效价态转变使CeO2具有较高的电导率和储氧能力,极大地促进了电荷转移和O22-/O-的生成。因此,所制备的CeO2@ZnCo-N-C展现出优异的双功能活性,碱性条件下的ORR的E1/2可达到优于商业Pt/C（0.856 V）的0.868 V,在10 m A cm-2下的过电位也与商业Ru O2相当。将其组装成ZABs,展现出优异的功率密度(177.82 m W cm-2)和循环稳定性（130 h）。（3）通过简单的固溶反应、退火过程和一步水热法将Ni Fe LDH自生长在由ZnCo-ZIF衍生的N掺杂的CoOx碳多面体上（N-CoOx@C）。Ni Fe LDH纳米片有效地保持了内部N-CoOx@C的催化活性和长期稳定性。LDH在N-CoOx@C上自生长形成的异质结构以及N-CoOx@C与LDH之间强烈的电子相互作用极大地促进了OER和ORR活性的提高。LDH@N-CoOx@C在10 m A cm-2下表现出273 m V的低过电位和接近商用Pt/C催化剂的E1/2,显示出优异的双功能催化性能。此外,LDH@N-CoOx@C催化剂在水系ZABs中表现出比商用Pt/C+Ru O2催化剂更高的能量密度和稳定性,在柔性全固态ZABs中具有良好的应用前景。本论文所制备的3DOM Co-NCPs-900、CeO2@Co-N-C及LDH@N-CoOx@C三种催化剂均继承了ZnCo-ZIF的诸多优势,有效的保持了十二面体多孔结构,拥有较大比表面积,双功能活性优异,可有效的改善ORR和OER反应的缓慢动力学。此外,将其运用于ZABs的阴极可增加循环寿命、提高能量转换效率,在非贵金属电催化材料方面具有很好的应用前景。