Co₃O₄作为析氧催化剂具有高效、稳定、经济的优势,另外,Co₃O₄作为锂离子电池负极材料具有理论容量高(890 m Ah g^-1)、运行安全性好、成本适中等优势。然而,电化学反应过程中低电导率和严重的颗粒团聚阻碍了Co₃O₄在能量储存和转化领域的应用。本文从优化组成、形貌及结构方面入手以改善Co₃O₄材料的电化学性能:采用自组装的方法利用范德华力将Co₃O₄量子点负载在超薄Mn O₂纳米片上（Mn O₂/Co₃O₄）,经测试发现Mn O₂/Co₃O₄材料可以作为双功能电催化剂,表现出优异的析氧和析氢性能。在电流密度为10 m A cm^-2时,对于OER,Mn O₂/Co₃O₄材料的过电位为350 m V,接近Ru O₂的320 m V;对于HER,在碱性介质中,其过电位为122 m V。这种组装方法可以有效地避免Co₃O₄量子点的团聚,赋予其较高的比表面积,为电化学反应提供足够的活性位点,同时发挥Mn O₂和Co₃O₄的催化活性,使Mn O₂/Co₃O₄材料能够表现出优异的电化学性能。为了进一步提高Co₃O₄基材料的导电性,接着通过一步水热结合热处理的方法得到一种由泡沫铜支撑的新型蒲公英状Co₃O₄介孔材料。研究表明,蒲公英状Co₃O₄@Cu foam复合材料作为析氧材料能够表现出优异的析氧性能,在电流密度为10 m A cm^-2时,Co₃O₄@Cu foam需要的过电位仅为192 m V,其Tafel斜率仅为42.8 m V dec^-1,经过长达11 h的稳定性测试,其电流密度几乎没有衰减,其性能甚至优于Ru O₂/Cu foam。作为锂电池负极材料同样能表现出优异的循环稳定性和倍率性能,在电流密度为2 C时,经过100次循环之后,放电比容量仍然可达882 m Ah g^-1,在倍率性能测试中,表现出优异的大倍率放电性能,当电流密度升高至5 C时,放电比容量高达630 m Ah g^-1。蒲公英状Co₃O₄@Cu foam复合材料能够表现出优异的电化学性能主要基于下述原因:a泡沫铜的高导电性和大的活性区域;b蒲公英状Co₃O₄介孔材料的快速反应动力学。为进一步降低成本采用溶液浸渍及电沉积方法,制备了由泡沫铜、Cu₂O纳米线、Co₃O₄纳米片组成的分级阵列结构Cu₂O@Co₃O₄/Cu foam。3D核壳结构的Cu₂O@Co₃O₄/Cu foam材料作为析氧催化剂表现出优异的析氧性能,在电流密度为10 m A cm^-2时,Cu₂O@Co₃O₄/Cu foam材料的过电位是223 m V,且其稳定性良好,经过12 h的稳定性测试,其电流密度几乎没有衰减。作为锂电池负极材料,这种核壳结构的Cu₂O@Co₃O₄/Cu foam材料表现出优异的储锂性能,在电流密度为500 m A g^-1时,经过200次循环之后其容量可达1090 m Ah g^-1,即使当电流密度升高至5000 m A g^-1时,其放电比容量仍可以达到600 m Ah g^-1。这一优异性能是因为合成的Cu₂O纳米线与泡沫铜的紧密接触,可以缩短离子扩散和电子传输的路径长度;另外这种Cu₂O@Co₃O₄阵列结构有利于离子的均匀分布和快速扩散且核壳材料的比表面积较大,保证更多的活性物质与电解液充分接触,为电化学反应提供大量的活性位点,使其能够表现出优异的电化学性能。