可充式锌-空气电池具有低成本、低污染、高安全性、高能量密度和大功率密度等优点,有望替代传统能源成为新一代能源体系中的支柱之一。目前限制锌-空气电池广泛应用的主要因素是空气阴极侧缓慢的动力学过程,需要合适的电催化剂来加速反应进程。与贵金属基催化剂相比,非贵金属基催化剂材料具有价格低、催化活性高、稳定性好和可调控性强等特点。基于此,本文以普鲁士蓝类似物（PBAs）为前驱体/自牺牲模板,通过表面修饰、物相调控和空间限域等多种策略可控构筑了三种基于PBAs的过渡金属基电催化剂:CoS2/（Ni,Fe）S2、Co7Fe3/Co@NC和CoFe@NCS。在对这些材料进行系统物性表征的基础上,研究了催化剂的氧析出反应（OER）和氧还原反应（ORR）性能,探究了电催化反应机理,开展了锌-空气电池性能研究。研究内容如下:1.构建具有异质相界面的金属硫化物对于提升此类电催化剂的催化活性和稳定性极为关键。采用共沉淀法合成了NiFe-PBA,再通过水热法将Co离子修饰到其表面获得CoNiFe-PBA,随后在不同温度下对CoNiFe-PBA进行硫化获得不同物相结构的金属硫化物。研究表明,当硫化温度为350℃时,得到具有较好界面协同效应的CoS2/（Ni,Fe）S2双相三金属硫化物,其内部的分级孔结构有助于电催化活性位点的充分暴露及电化学反应物质的快速传输。该电催化剂在1.0 M KOH溶液中显示出高的OER催化活性(288 m V,10 m A cm-2)和小的Tafel斜率(72 m V dec-1),在恒定电位下可以稳定循环24小时,未发生明显的电流衰减。这一研究为开发高性能、低成本的PBA衍生多相金属硫化物提供了有效的制备途径。2.金属/合金和氮掺杂对于调控催化剂的电子结构具有积极效果。采用共沉淀法合成了ZnFe-PBA,通过负载Co离子对其表面进行修饰制得CoZnFe-PBA,再将其热解制备Co7Fe3/Co掺杂的氮碳材料（Co7Fe3/Co@NC）。研究表明,Co7Fe3/Co@NC催化剂具有较大的比表面积和孔体积,通过变换Co掺杂量可以调控最终硫化产物的物相组成。锌在热解过程中的挥发不仅促进了催化活性位点的高度分散,而且有利于微孔/介孔分级结构的形成。重要的是,Co7Fe3/Co和氮对碳材料的共掺杂协同优化了碳的电子结构,增强了催化剂的导电性能,同时赋予了Co7Fe3/Co@NC催化剂在碱性条件下优异的OER活性和稳定性。该催化剂在10 m A cm-2电流密度时的过电位为290 m V,Tafel斜率为57.2 m V dec-1,在恒定电位下循环运行24小时未发生明显的电流衰减。该工作为可控制备金属/合金掺杂的氮碳类电催化剂提供了新思路。3.提高活性物种的分散性和构建多孔结构对于提升催化剂的性能尤为重要。在氮掺杂的二维碳片上原位生长CoFe-PBA纳米颗粒,随后通过高温煅烧得到CoFe合金和氮共掺杂的二维碳片材料。在此结构中,CoFe颗粒与NCS基体之间强的耦合作用及良好的分级多孔结构共同促进了催化活性位点的充分暴露,促进了活性物质的传输,不仅增强了催化剂的催化活性,而且抑制了催化过程中CoFe纳米颗粒的团聚和脱落。CoFe@NCS催化剂在碱性条件下表现出优异的ORR/OER催化活性,ORR半波电位为0.88 V,高于Pt/C（0.86 V）,同时该催化剂在10 m A cm-2时的OER过电位为340 m V。将CoFe@NCS用作空气阴极催化剂并组装液态锌-空气电池,该器件的最大功率密度为146 m W cm-2,并且展现出优于贵金属Pt/C+Ru O2的电池性能。在10 m A cm-2放电电流密度下,电池的比容量为812 m Wh g-1,并显示出优异的长循环稳定性。该工作拓展了基于非贵金属催化剂的锌-空气电池的研究思路。