随着化石能源消耗带来的能源危机和环境问题日渐紧迫，如何处理这样的危机和问题成为当前的热门课题。电池作为一种能量储存和输出装置，具有重要的研究意义。其中，金属-空气电池燃烧值能够比拟化石燃料，近些年来得到了极大重视。在金属-空气电池中，空气电极（即阴极）是氧气还原和氧气析出的中枢，因此它成为制约金属-空气电池性能的关键因素。寻找合适的阴极催化剂，能有效改善金属-空气电池的充放电性能和可逆性，从而提高电池的阴极性能。论文主要研究氧气反应的催化剂，实验分为三个部分：首先，制备了含有大量金属填充的碳纳米管，并对其电化学性能进行研究。实验进一步改良的化学沉积方法，合成出具有特殊构造的碳纳米管。该碳纳米管不仅能提高原有碳纳米管的导电性能，还能在氧气还原过程中赋予其较高的电催化性能，并且可保留所包填原始金属的磁性，对金属具有强力的保护作用。其次，探究了Mullite结构的SmMn2O5作为新型氧还原催化剂在镁空气电池中的应用。在碱性和中性条件下，SmMn2O5能够催化四电子的氧气还原反应过程，可用于中性无机电解液的镁空气电池中。将该材料组装成型，电池的开路电压大约为1.4V，两组电池能够使一个额定电压为2.5V~2.8V，额定功率为0.05W的LED灯泡发光。最后，研究了La2O3@CMSs作为氧气反应双功能催化剂的性能。在1.0M的KOH溶液中，该双功能催化剂可以同时催化氧气还原和氧气析出反应，且催化氧气反应的电化学窗口仅为0.80V，催化氧气还原和氧气析出反应的质量电流密度分别达到78.3A/g和831.5A/g，良好的性能使经济成本大大减小。将该材料组装成有机体系的锂空气电池，充放电过电位分别为1.01V和0.18V，在限容充放电测试中，当限容量为1000mAg/h时，该锂空气电池可循环工作50次。