随着能源短缺和环境污染问题的日益严峻,开发清洁、高效的新型能源成为了人类未来发展的重要课题。其中,锂-空气由于其理论容量高、环境友好等特征不断的受到了人们的广泛青睐。然而锂-空气电池阴极的氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)动力学极为缓慢,尤其是未添加催化剂时,影响了整个电池的放电能力,这也是其目前仍未能实现大规模商业化应用的主要原因之一。本论文的主要工作集中在氧还原相关的一些基础研究,致力于不同材料氧还原机理的探索和氧还原催化剂改良方式的探究与验证。具体工作包含以下三个部分:1、利用水/溶剂热法合成出三种不同形貌的单晶Fe3O4纳米颗粒,并用XRD等物理表征确定其表面晶面分别为三种基础晶面[111]、[100]和[110]。再用RRDE等测试方法分析Fe3O4不同基础晶面的催化活性,并分析和推测其催化活性差别与表面结构效应之间的关系。2、使用静电纺丝技术将聚合物和铁系金属盐纺成纳米纤维,并一步煅烧成金属(Fe、Co、Ni)@氮掺杂碳纳米纤维复合材料。通过分析XPS等物理表征的结果,我们发现,三种纳米纤维的结构基本一致,且金属元素与碳元素和氮元素之间有着丰富的化学键。接下来通过RDE等方法分析其氧还原性能,并与纯氮掺杂碳纤维和火山图上的元素本征氧还原催化活性做对比,分析其氧还原活性的差别与电子结构效应之间的关系。3、用传统的电化学粗糙化方法将金盘电极制成粗糙化金电极,并利用原位电化学表面增强散射拉曼方法对其在O2饱和的不同pH值的电解液(0.1 M KOH、0.1 M NaClO4和0.1 M HClO4)中的氧还原过程进行表征。通过分析其中间产物O2-和H2O2的浓度随着电位的变化,推测其反应路径及电解液pH值对反应路径的影响。