锌—空气电池具有高比能量密度、安全稳定、环境友好等特性,是新一代电化学储能器件的典型代表之一。目前,锌—空气电池的性能仍受限于空气电极上缓慢的动力学过程。如何设计具有高催化活性、丰富催化反应界面、稳定催化活性位点、高效传质/传荷通道的高性能空气电极是该领域的关键和难点。本论文以实现高性能锌—空气电池的目标为牵引,基于高导电、相互交联的碳纳米管网络,发展了功能化及掺杂改性、原位均匀负载、三维网络构筑、光电催化结合等技术,旨在实现高性能空气电极。主要研究结果如下:1.发展了碳纳米管原生网络的电化学剪切和阳极氧化的功能化技术,解决了碳纳米管网络表面惰性的问题,保持碳纳米管网络高导电特性的同时,提高了碳纳米管的催化活性和负载位点密度。利用水热法原位掺杂以及电加热后处理掺杂的方式,在功能化碳纳米管薄膜上引入氮掺杂体,制备了两种新型的氮掺杂纳米碳复合电极。该类电极将原生碳纳米管网络迟缓的两电子氧还原反应改善为更有效的四电子转移过程,氧还原催化活性提升至与商业化Pt/C催化剂相当。2.利用碳纳米管网络中残留的铁颗粒与铂离子的置换反应及后续瞬态焦耳热处理,实现了均相铂铁合金纳米粒子在碳纳米管网络中的原位锚定。合金中Pt—Pt键长的缩短利于氧的解离吸附,高度合金化与原位锚定的负载结构提高了催化剂中Pt的利用率,复合网络电极的载铂量低(1.7 wt.%,6.8 μg cm-2),氧还原比质量催化活性高于商业20 wt.%铂碳催化剂的6倍,并表现出优异的长时间稳定性和抗甲醇性能。该自支撑复合薄膜电极组装的全固态纤维锌空气电池表现出稳定放电平台和倍率特性以及力学稳定性,还可实现重复利用。3.发展了非贵金属氧化物(Co304)在功能化碳纳米管网络上高效均匀负载的方法,实现了具有“珠链式”三维相互交联结构的柔性双功能催化电极的构筑。功能化碳纳米管上的含氧官能团为纳米颗粒提供丰富的生长位点,并为氮的引入提供了条件。原位负载的Co304纳米颗粒与氮掺杂碳纳米管在氧还原和氧析出催化反应中表现出增益的协同效应,提升了氧功能电催化反应的活性。复合气凝胶集高导电集流体、高催化性双功能催化剂、多孔气体扩散电极于一身,使全固态锌空气电池表现出低充电/放电过电位、优异的柔性及循环稳定性。4.通过简单一步水热法在碳纳米管导电网络上负载二氧化钛阵列,创新性地发展了一种光响应双功能空气电极,探究了外界光照条件对薄膜电催化电极的氧还原和氧析出催化性能的影响。光照下二氧化钛产生的光生电子/空穴增强了双功能催化活性,光-电催化的结合有效降低了空气电极的极化程度。该复合网络电极组装的锌-空气电池在外界光照辅助下充电/放电过电位大幅降低。