可再生能源如风能、太阳能，近十年来快速发展，但是其波动性、地域性限制了其大规模推广，因此开发拥有高能量密度的能量存储器件成为当前的研究热点之一。金属空气电池，如锌、锂和铝空气电池等具有较高的理论能量密度，是一种理想的储能器件。其中，可充放电锌空气电池具有能量密度高、比容量大、安全及成本低等优点，在绿色电能储存方面具有发展潜力。可充放电锌空气电池的发展主要受限于高效双功能电催化剂的开发。可充放电锌空气电池涉及两种催化反应:氧还原反应和氧析出反应。贵金属Pt、Ir和Ru等被认为是非常高效的电催化剂，但其规模应用受限于其有限的地球储量与昂贵的价格。单原子催化剂能使原子利用率最大化，大幅降低催化剂成本，因此开发单原子催化剂成为了当前研究的热点。　　先进的单原子电催化剂依赖于构建高效的催化活性中心和高导电性网络载体。结合在金属氧化物上单原子优异的催化性能和碳纳米管的高电导率，我们首次制备了具有三维交织结构的钯单原子复合电催化剂(Pd/MnO2-CNT)。Pd/MnO2-CNT电催化表现出非常优异的氧还原和氧析出反应催化性能，对于氧还原反应，其钯质量活性达到3378A/g，相比文献报道中最好的钯基电催化剂的质量活性高了一个数量级。将其运用于可充放电锌空气电池，展现出相当高的电池效率和循环稳定性。实验和理论研究表明MnO2比碳纳米管提供了更强的上电子相互作用，并且钯原子与周围的金属位点协同作用，提升了整体电催化性能。　　我们还研究了纳米结构阵列电催化剂。通过一步水热反应将镍钴氧化物纳米片原位生长在集流器（泡沫镍）表面。这种纳米结构阵列降低了催化剂和泡沫镍之间的界面接触电阻，有利于电子传导;反应物（氧气和电解液）通过邻近纳米片间的自由空间有效地扩散至催化剂表面，减少传质受限:泡沫镍表面的每个纳米片均可作为活性位，显著提高活性材料的利用率。而且，我们制备的镍钴氧化物纳米片厚度在3nm以下，超薄片状结构会引入大量的缺陷活性位点。其OER和ORR电流密度达到10mA/cm2的过电位差△E仅为621mV，达到了文献报道中最优双功能电催化剂的水平，并且达到氧析出反应100mA/cm2电流密度过电位仅需293mV，较商业化RuO2催化剂降低了229mV。将纳米片阵列电催化剂运用于可充放电锌空气电池，实现了600圈循环充放电，电池效率高达72％。