文 献 综 述

#160;#160; 近年来，随着经济的发展，化石能源大量应用，导致环境污染和温室效应的问题日趋严重。如何减低CO₂的排放、整治环境的污染、高效清洁地利用能源与开发清洁可再生能源已成为全世界关注的话题，故而成为了现在科研的热点。如今的汽车工业也向着新能源汽车方向发展，用于减少二氧化碳的排放。锂空气电池由于其能量密度高，环境友好，具有可逆性等优点展示了良好的使用前景^[1]。

1.锂空气电池

1996年，Abraham^[2]等人首次首次报道了用非水性聚合物有机电解液的锂空气电池，该电池开路电压约3V，工作电压在2.0~2.8V之间，以酞菁钴作为空气电池的催化剂时，表现出了良好的库伦效率，开创了锂空气电池的研究。

2006年，Bruce课题组^[3]首次报道了了具有良好循环性能的锂空气电池，从而验证了锂空气电池反应的可逆性，该电池实现50次循环后仍能保持600mAhg^-1的放电容量。至此，锂空气电池作为新一代二次电池的研究得到重视。

锂空气电池由锂金属阳极和空气阴极组成。对于放电过程锂在负极通过外电路释放电子被氧化为Li ，Li 进入电解液中；正极的活性材料为空气中的氧气，多孔碳作为存储放电产物的载体，提供电子传输、Li 传输和氧气扩散通道负载的催化剂可以有效的促进氧还原反应和氧析出反应。反应过程中，氧气经由多孔正极扩散而进入电池中，在电解液与正极的接触的三相界面进行反应。充电过程是放电过程的逆反应^[4]。

限制锂空气电池的性能的因素有很多^[5]，如正负极的材料、电解液的选择、氧化还原催化剂等。其中，高效的双功能纳米催化剂是提高电池比能量、比功率和寿命最直接的因素。催化剂的主要作用是提高电池充放电反应的动力学过程，降低反应活化能，达到降低过电势和减少电池极化的目的。常用的空气电极催化剂有碳材料、贵金属及合金、金属氧化物材料^[6]，本文着眼于金属氧化物材料的催化剂。

2.纳米四氧化三钴

纳米四氧化三钴（Co₃O₄）由于其结构性能的独特性与优越性，作为常用的催化剂材料在解决环境污染与能源问题当中发挥着重大的作用。无论是多相催化反应亦或是电化学反应，表面（界面）的反应是至关重要的^[7]。催化剂的性能强烈依赖于纳米尺度的大小和形状，合理设计和熟练地合成高活性催化剂，现在成为了首要任务^[8]。

2.1 Co₃O₄的特性