锂氧电池（Li-O2）因其具有锂离子电池十倍的能量密度而引起人们的广泛关注。但在转化为实际应用的过程中仍然存在着许多问题,例如电池运行过程中生成的放电产物过氧化锂（Li2O2）绝缘难溶。Li2O2性质稳定,反应活性低,在电池循环过程中,逐渐堆积在电极表面且很难分解,从而导致电池过电位升高,影响电池的动力学过程以及循环寿命等。因此开发能够高效分解Li2O2的催化剂对Li-O2电池电化学性能的提升是至关重要。本论文以非金属掺杂的碳材料为出发点,设计出原子硫（S）、氯（Cl）共掺杂的多孔碳材料以及氮（N）、氟（F）共掺杂的三维网络状碳材料作为Li-O2的正极催化剂。并系统研究了二者对Li-O2电池的电化学性能的影响,为Li-O2电池正极高效催化剂的开发提供了一条绿色简单的新策略。1.通过高温热解法一步合成了 S、Cl共掺杂的多孔碳材料（CSC）,S、Cl原子在碳材料中的含量可以通过改变煅烧温度来调节。当煅烧温度为700℃时（CSC700）在Li-O2电池中表现出最优的电化学性能。在电流密度为250 mA g-1,截止容量为1000 mAh g-1,可循环充放电102圈,首圈过电位低至0.91 V,截止电位为2.2 V时放电比容量可达18000 mAh g-1。实验结果及第一性原理（DFT）计算表明,掺杂的S、C1原子会与碳原子形成C-S键及C-Cl键,C-S键可作为反应活性中心,增强氧还原（ORR）及氧析出（OER）反应活性,显著降低Li-O2电池的反应过电位。而Cl原子因其具有较大的电负性,掺杂进入碳材料中会引起整个材料的电负性增强,对中间产物有较强的吸附作用,进而对放电产物的形貌起着调控作用。实验结果显示放电产物的形貌随C1原子含量的逐渐降低而从膜状到圆环状。S、Cl原子掺杂的碳材料具有一定的反应活性中心,及适度的表面吸附力,其性能明显高于纯碳材料。而CSC700对其中的S、Cl原子含量进一步优化,使得CSC700作为Li-O2电池正极催化剂,具有最优的催化效果。2.通过高温热解法一步合成了 F、N共掺杂的碳材料（FN-NSC）。将FN-NSC应用于Li-O2电池的自支撑正极催化剂来探究其电化学性能。实验结果显示,一方面,F、N双原子的引入提高了电子转移速率、增加了反应活性中心,使反应的ORR和OER动力学性能增强。这可能是由于F、N原子引入碳材料中,自身即可作为活性位点,且其大于碳的电负性会引起相邻碳的电子自旋密度增加,对O2的吸附能力增强,ORR和OER性能得到提升。另一方面,F、N原子的引入,引起整个碳材料的电负性增加,对中间产物的吸附能力发生改变,进而调控放电产物的形貌。放电产物形貌从单一F原子或N原子掺杂的圆环状到双原子掺杂的薄壳状。得益于以上优点,FN-NSC应用在Li-O2电池中具有更低的过电位0.71 V,在电流密度为250mA g-1时的放电比容量可达11383 mAh g-1,放电容量为1000 mAh g-1,可连续运行117圈。