风能、太阳能、潮汐能等可再生能源大规模使用时,会面临能源时效性问题。发展无污染、高效的储能设备是解决可再生能源时效性问题的关键。高性能锌-空气电池具有能量密度高、无污染和电解液安全等优点,其开发利用是清洁、高效储能领域重要的研究方向。析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）是锌-空气电池在充放电过程中其空气阴极的基础反应,其动力学缓慢,因此设计开发高效ORR和OER双功能电催化剂是提升锌-空气电池性能的关键因素。大量文献表明,生物质衍生碳材料能够改善ORR和OER的缓慢动力学,提升整个锌-空气电池性能,增强能源转换效率,助力锌-空气电池商业化应用。本文以丰富廉价的泡桐木为碳源,设计并制备了两类木碳基含钴双功能催化剂,用于锌-空气电池应用研究,具体如下:（1）通过在木头碳化过程中直接掺氮制备氮掺杂木碳,将钴化合物电沉积在氮掺杂木碳的表面,最后热活化钴组分,得到负载Co/CoO纳米颗粒的碳基材料Co/CoO@NWC。电催化测试表明该材料具有较好的双功能催化活性,碱性条件下,ORR的半波电位与OER在10mAcm-2的电位差为0.77 V,低于绝大多数同类材料的电位差。由该材料为空气电极催化剂所构建的液态锌-空气电池的开路电压可达1.42V;最大放电功率密度达152.8 mW cm-2;在10mA cm-2的电流密度下,其循环充放电持续270小时无电压衰减。全固态锌-空气电池的开路电压可达1.38V;最大放电功率密度达28 m W cm-2;在电流密度2mAcm-2条件下,其循环充放电压可以至少维持40小时不变。氮掺杂碳材料与Co/CoO纳米颗粒亲水性差异为电池电极反应创造了足够的三相界面,保证了活性位点的有效性。（2）在以上工作的基础上,在木碳结构中同时引入氮、磷两种元素,进一步调控材料表面电子结构和亲疏水性,通过电沉积将Co（OH）2和Ni（OH）2负载于N、P双掺杂的木碳上,高温活化得到NiCo2O4@NPWC。电催化性能测试表明该材料具有优异的ORR/OER双功能催化活性,在碱性条件下,ORR的半波电位与OER在10 mA cm-2的电位差为0.71 V,优于Co/CoO@NWC。由该材料为空气电极催化剂所构建的全固态锌-空气电池的开路电压可达1.40V;最大放电功率密度34 mW cm-2;在j=2mAcm-2下,其循环充放电压可以保持620小时几乎无衰减。液态锌-空气电池的开路电压可达1.51 V;最大放电功率密度达238.1 mW cm-2;在j=10 mA cm-2下,其循环充放电压可以维持60小时无衰减。综上,通过理性设计,充分发挥木碳的结构优势和过渡金属的优异催化活性,二者协同提升整体材料的催化活性和稳定性,对生物质的高效利用和新型储能设备的开发具有重要意义。