铝-空气电池具有成本低、质量轻、比能量高、环境友好、机械式充电快等优点,有望成为下一代电动汽车的能源技术之一。然而,其阴极缓慢的ORR反应限制了电池的性能,贵金属铂及其合金材料被视为当下最好的ORR催化剂,但是铂材料资源稀缺、价格昂贵,阻碍了在铝-空气电池中的大规模应用。因此,发展高性价比、高活性的非贵金属催化剂取代铂系金属材料应用于铝-空气电池中是目前研究的热点和难点。过渡金属-氮碳类型化合物(M-NC、M=Co、Fe)具有优秀的ORR活性、成本低廉、寿命长久,在替代铂系催化剂方面有巨大潜力。本文通过对高活性的FeCo-NC材料进行设计、制备及研究,分析了 FeCo-NC催化剂的结构、形貌及化学状态,深入探究催化剂活性机理。随后将其组装成铝-空气电池,探究在该催化剂下的铝-空气电池整体放电性能。主要研究如下:(1)二元FeCo-NC/CNT复合材料的设计:开发了一种简单、经济的合成方法。使用廉价的Fe/Co/Zn盐和甲酰胺为原料,在氮掺杂碳材料的基础上原位生成的互相连接的碳纳米管网络来构建高分散的Fe-Co双位点。通过精细控制Fe/Co组分,使合成的复合材料具有高电导率、大比表面积和孔径结构丰富等特点有助于ORR性能的提高。(2)优异的ORR性能:通过优化合成的双金属甲酰胺衍生物FeCo-NC(f-FeCo-NC-12),在碱性溶液中表现出优异的ORR性能,起始电位高达1.05V,半波电位高达0.91 V,比Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别高50 mV和40 mV。(3)显著的铝-空气电池性能:使用f-FeCo-NC-12组装铝-空气电池,其电池性能优于Pt/C阴极。开路电压和比功率分别高达1.88 V、188 mW·cm-2,在10.0 mA·cm-2的电流密度下放电电压约为1.7 V的优异性能,相比之下Pt/C催化剂开路电压和比功率分别为1.82 V、176.7 mW·cm-2,在 10.0mA·cm-2下放电电压约为 1.64 V,均低于 f-FeCo-NC-12。因此,f-FeCo-NC-12催化剂代替Pt/C催化剂在铝-空气电池中的应用具有深远的研究价值。