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理论能量密度与汽油相近的锂-氧电池,由于存在着过电势高、循环稳定性差、往返效率低等问题,严重阻碍了其商业化进程。上述问题与正极材料表面发生的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）密切相关。研究表明,通过设计结构合理的正极材料和开发具有高催化活性的催化剂,可以有效改善正极的催化活性,从而提高锂-氧电池的综合性能。正极材料的电催化活性很大程度上取决于其表面性质及表面活性位点的数量,而正极表面的性质和活性位点数量与表面形貌的设计密切相关。表面形貌被认为在控制氧气的扩散从而影响电池的放电容量方面起着重要的作用;除形貌设计以外,正极表面的电子结构工程被认为不仅可以优化OER/ORR的催化活性,而且具有释放调控能带结构的巨大潜力,从而提高催化材料的固有电导率。例如,异质原子掺杂能够通过调整电子结构和优化中间产物的吸附能来提高正极材料的催化活性;磁控溅射及等离子体刻蚀能够引起催化剂中阳离子部分还原而产生阴离子空位,空位的产生可在材料表面形成大量暴露的活性位点,加速氧化还原动力学。因此,正极表面的改性研究对于锂-氧电池的产业化发展至关重要。本文通过对在碳布上生长的过渡金属磷化钴、二硒化钴进行异质原子掺杂,获得自支撑锂-氧电池正极。采用水热合成和氩等离子体刻蚀技术在泡沫镍上生长过渡金属硒化镍,获得具有纳米纤维形貌的锂-氧电池正极。采用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）、透射电子显微镜（transmission electron microscope,TEM）、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）和X射线光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）等现代测试技术对电极的表面结构与性质、表面催化活相进行了表征,采用循环伏安法、恒流充放电法研究了电极对于电池充放电及循环性能的影响。获得的主要结果如下:（1）采用水热法在碳布上成功制备了一种具有针状纳米线形貌及结构的新型铁掺杂磷化钴纳米线（Fe-CoP@CC）锂-氧电池自支撑正极材料,此针状纳米线形貌的电极因其丰富的Li2O2存储空间和充足的O2转移通道而具有优异的电催化活性、良好的可逆性和循环稳定性。电化学性能测试结果表明,基于Fe-Co P@CC电极的锂-氧电池在500次循环内表现出极好的稳定性,甚至没有明显的电压衰减,而且在100 mA g-1的电流密度下,其放电容量可高达约9600 mA h g-1。（2）利用水热法结合氩等离子体刻蚀技术,在泡沫镍骨架上制备富含硒空位的纳米棒状硒化镍(VSe-NiSe@NF)并直接作为锂-氧电池的正极。首次充放电测试结果表明与无空位的硒化镍（NiSe@NF）和纯泡沫镍电极相比纳米棒状硒化镍(VSe-NiSe@NF)具有明显改善的低过电势（1.01 V）;并且在NiSe@NF中引入Se空位后,电池整体的循环寿命也有显著提高（>950 h）。这是由于NiSe表面的Se空位不仅提高了电子的导电率,而且有利于电子的快速运输,也可作为电化学反应中结合氧的活性位点。（3）采用磁控溅射对碳布进行氮掺杂并作为基底材料,利用水热法结合氩等离子刻蚀技术在基底材料表面原位生长富含硒空位的“剑麻状”硒化钴(VSe-CoSe2@N-CC)并用作锂-氧电池自支撑正极。测试结果表明,VSe-CoSe2@N-CC电极在改善过电势方面表现出与贵金属相媲美的性能（～0.81V）。与此同时,基于VSe-CoSe2@N-CC正极的锂氧气电池展现出良好的循环稳定性（稳定循环>134 th）和耐久性（>955 h）,并有效增强了电池倍率性能(在500 mA g-1时仍然释放出高达3122 mA h g-1的放电容量)。