随着能源危机的日益加剧和环境友好型社会建设的有序推进,设计开发绿色、高效、安全和低成本的能量储存与转化系统已成为研究热点。最近几年,可充电锌空电池,由于低成本、高安全、高比能量和环境友好等特点受到广泛关注。但是,锌空电池的核心反应,氧还原反应和氧析出反应动力学过程非常缓慢,已有的贵金属及其氧化物电催化剂（Pt/Ir/Ru）成本高、资源短缺、稳定性差,且往往显示单功能电催化性能,严重限制了锌空电池的发展。因此,设计具有高效、低成本和资源丰富的双功能电催化剂是解决锌空电池问题的关键。本文主要研究内容与结果如下:1、表面改进的薄层氮化碳/氧化石墨烯复合材料的制备及其锌空电池性能研究。本文首先通过改进的Hummers法合成了氧化石墨烯（RGO）,然后通过一定比例的钴盐与三聚氰胺合成改进的氮化碳材料,最后将上述改进的氮化碳材料和氧化石墨烯利用水热反应制备出表面改进的氮化碳/氧化石墨烯复合材料。运用现代技术表征手段和循环伏安法、线性扫描伏安法等电化学研究方法,发现获得的氧化钴/氮化碳/还原氧化石墨烯复合材料（Co O_x/PCN/RGO）是一种具有较大比表面积的薄层结构,大大改进了纯的氮化碳（g-C₃N₄）性能,并表现出良好的双功能催化活性,过电位差为0.95 V,远小于铂碳和铱碳（Pt/C+Ir/C）混合物（1.0 V）。在自制的锌空电池中表现出优异的功率密度(120 m W cm^-2)和充放电循环稳定性（102 h）。2、钴/氧化钴/氮掺杂氧化石墨烯双功能电催化剂的制备及其锌空电池性能研究。接着,以硝酸钴、邻菲罗啉和氧化石墨烯为原料,通过简单的物理搅拌法合成钴/氧化钴/氮掺杂还原氧化石墨烯（Co/Co O/NRGO）复合材料,其中,氧化石墨烯作为碳源,邻菲罗啉既作为螯合剂,又作为有效氮源。此外,各种表征方法进一步显示Co/Co O/NRGO复合材料是一种多孔薄层结构。理想的Co、Co O和NRGO协同作用,使Co/Co O/NRGO-2复合材料表现出优异的双功能催化性能,对氧还原反应（ORR）半波电位为0.81 V,氧析出反应（OER）在10 m A cm^-2处的电位是1.79 V。作为空气电极阴极材料,表现出优于Pt/C+Ir/C混合物的功率密度(270 m W cm^-2)和充放电循环寿命（230 h）。3、新型“双碳”结构的金属硫化物/石墨烯双功能电催化剂制备及其锌空气电池性能研究。最后,以ZIF-67为前驱体、硫代乙酰胺和石墨烯为硫源和碳源,制得独特双碳结构的金属硫化物/石墨烯复合物（Co₉S₈/GN）。一系列的表征技术和电化学方法证实这种结构能够建立快速的电子转移通道,克服金属硫化物难分散和石墨烯再堆积的问题。同时,还探究了反应温度和石墨烯用量,对Co₉S₈/GN复合物电催化性能的影响,结果发现Co₉S₈/GN-0.2（180℃）复合物（ΔE:0.88 V）表现出优于Pt/C+Ir/C混合物（ΔE:0.91V）的双功能催化活性;在组装的锌空电池中,Co₉S₈/GN-0.2（180℃）复合物(186 m W cm^-2)表现出超越Pt/C+Ir/C混合物(118 m W cm^-2)的功率密度,可充放电长达2000多个循环（Pt/C+Ir/C:50个循环）,有望成为贵金属Pt/C+Ir/C的替代品。