锌空电池的阴极反应,包括氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）。由于其缓慢的动力学,常用贵金属Pt、Ir作为催化剂,从而限制了锌空电池的大规模。近年来,铁/氮掺杂碳材料（Fe/N-C）作为碱性介质中的ORR催化剂受到了普遍关注。因此,本论文分别采用模板法和反相微乳液法,设计合成出高活性、低成本的ORR催化剂,通过引入钴元素制备出ORR/OER双功能电催化剂,进而研究其在锌空电池中的应用,具体研究如下:采用模板法制备了Fe@FeN_x纳米颗粒修饰的氮掺杂介孔碳材料（Fe@FeN_x/N-C）,研究其ORR催化活性及稳定性。炭黑负载Fe₃O₄纳米粒子作为模板,过硫酸铵催化吡咯聚合包裹在模板表面,氮气气氛下碳化热解制备出Fe@FeN_x/N-C。其中,蛋黄-蛋壳结构的Fe@FeN_x纳米粒子与氮掺杂的介孔炭协同作用,最终呈现出高效、稳定的ORR电催化性能。酸蚀后氮掺杂介孔碳材料的电催化活性和导电性均发生明显衰减,由此推测蛋黄-蛋壳结构Fe@FeN_x纳米颗粒不仅提供了有效的ORR催化位点,而且能够协助氮掺杂介孔碳中的电荷转移。采用反相微乳液法制备了纳米球型Fe/N-C,研究其ORR催化活性及稳定性。在油包水反相微乳液中,水相Fe³⁺离子催化油相吡咯单体在水/油界面发生聚合反应,形成粒径约50 nm球型Fe-聚吡咯（Fe-PPy）。分别优化水相Fe³⁺离子浓度(C_Fe3+=0.5 M)以及Fe-PPy的碳化热解温度（T=850°C）,制备出性能优异的ORR电催化剂（FeNC-850）。在碱性介质中,FeNC-850的E_onset达到了0.957 V,E_1/2为0.875 V,其中E_1/2比商用Pt/C高出35 mV,表现出巨大的应用潜力。采用研磨法将氯化钴与上述反相微乳液法制备的球型Fe-PPy充分混合,进而在氮气气氛下碳化热解,制备了Co@CoO纳米颗粒嵌入的铁氮掺杂介孔碳（Co@CoO/FeNC）,研究其ORR/OER电催化活性以及在锌空电池中应用。调节碳化热解温度（T=850°C）,制备出新型海绵状ORR/OER双功能电催化剂。其中,Co@CoO纳米颗粒的粒径约20 nm,其表面紧密包裹3-6层的石墨化碳材料,由此保证了材料在锌空电池充放电过程中的稳定性和高活性。结合电镜和X射线光电子能谱分析,我们推测Co@CoO纳米颗粒提供了主要的OER活性位点,Co-N键的存在也在一定程度上增加了ORR活性位点。因此,与FeNC-850相比,Co@CoO/FeNC-850的OER活性显著增加,ORR活性也有所增强。Co@CoO/FeNC-850可用作锌空电池的空气电极,开路电压为1.42 V,峰值功率密度为132.8 mW cm²,比容量为813 mAh g_Zn^-1,并且具有长期充放电稳定性。