锂-二氧化碳电池（Li-CO2电池）巧妙地将减少“温室效应”与储能系统结合起来,不仅可以减少化石燃料的消耗,而且可以抑制二氧化碳（CO2）排放对气候的影响。此外可以为未来火星（大气中含有95%的CO2）探测以及火星移民提供能源,然而Li-CO2电池的电化学性能并不理想。造成这一问题的一部分因素为放电产物Li2CO3在充电过程中自分解和高充电电压引起的稳定性问题。通过设计新型Li-CO2电池的正极材料,以优异的电催化活性促使放电产物Li2CO3分解和与C联动反应,降低充电电压,改善循环性能,从而实现高容量、高能量密度、经济实惠的储能体系。本论文制备了Cu或Ru金属纳米颗粒高分散在石墨烯或N掺杂石墨烯上,作为Li-CO2电池的正极材料,实现了低过电压,出色的循环性和高倍率能力。本论文取得了以下研究成果:（1）制备出高分散在N掺杂石墨烯上的Cu纳米颗粒复合材料,该复合材料可作为Li-CO2电池的高效正极。另外,此材料可以实现0.77 V的低过电压,并具有出色的循环能力（50个循环）。并根据实验结果推测出,由Li2CO3的自分解产生的超氧化物自由基在充电过程中会不可避免地腐蚀电极。尽管如此,Cu纳米颗粒的表面仍会形成3-5 nm厚的氧化铜膜,可在后续的循环中保护正极稳定。（2）设计了一种Ru-Cu纳米颗粒高度共分散在石墨烯上,作为Li-CO2电池的高效正极。配备此正极的Li-CO2电池表现出超低的过电势,可以在200和400 m Ag-1的电流密度,截止容量1000 m Ah g-1的条件下稳定运行100周。Ru和Cu之间的协同作用不仅可以调节放电产物生长,还能通过改变Ru和Cu的电子云密度来促进CO2还原和析出。（3）制备了Ru纳米颗粒高度分散在N掺杂石墨烯复合材料作为Li-CO2电池的正极材料。由于N掺杂带来的材料改变,电池的循环稳定性也得到了改善,可以在200 m Ag-1的电流密度下和400 m Ag-1的大电流密度下稳定运行50周。放电产物的形成和分解也验证了良好的可逆性和电催化活性。