传统的化石能源属于不可再生能源,由于人类的过度使用已经造成了能源短缺以及环境污染等严重的后果,开发可持续的、环境友好型的新型能源刻不容缓。在众多的电化学储能装置中,金属-空气电池因其能量转化率高且清洁环保而备受关注,氧还原反应（ORR）和氧气析出反应（OER）是其电极上十分重要的反应,因其动力学速率缓慢必须使用大量电催化剂来降低过电位、减少能量损失。贵金属材料是公认的效果明显的电催化剂,但是其价格昂贵且稳定性较低,不能大规模使用。因此开发同时具备氧还原（ORR）和析氧（OER）双功能催化活性的低成本、高稳定性电催化剂是科研工作者努力的方向。钙钛矿型金属氧化物因为来源广泛、稳定性高一直被用作燃料电池的阴极材料,并能表现出高的功率密度,近来,有研究者将其作为锌-空气电池阴极进行了研究,发现可以得到很高的催化活性以及稳定性,自此掀起了一股热潮。本文首先通过EDTA-CA（柠檬酸）联合络合湿化学法合成了Brownmillerite（BM）型金属氧化物Ca₂CoFeO_5+δ（C₂CF）,之后为了进一步提升其电化学性能,我们在此基础上进行了如下研究:（1）以NH₄F为F源制备了F离子掺杂的几种催化剂Ca₂CoFeO_4.95+δF_0.05(C₂CFF_0.05)、Ca₂CoFeO_4.9+δF_0.1(C₂CFF_0.1)以及Ca₂CoFeO_4.85+δF_0.15(C₂CFF_0.15)。首先通过XRD以及TEM分析证明了它们均是正交型晶相,采用mapping分析证明氟元素已成功的掺入了C₂CF晶格中。电化学测试揭示了F离子掺杂增强了催化剂的ORR以及OER活性,C₂CFF_0.05、C₂CFF_0.1、C₂CFF_0.15在电流密度为10 m A/cm²的电流密度下对应的电压分别为1.60 V、1.58 V、1.60 V,相比C₂CF（1.66V）有了很大的提升,并且超过了商业Ru₂O（1.64 V）。i-t测试结果也显示出优于母催化剂C₂CF的稳定性以及良好的抗甲醇性能。这归因于F离子取代O离子后降低了氧离子的价电子密度,削弱了氧离子与金属离子间的化学键,更有利于活性氧(O₂^2-/O^-)取代晶格氧(O^2-),从而增大了氧空位。（2）以磷酸氢二铵为P源,采用EDTA-CA联合络合湿化学法合成了三种掺P的催化剂样品Ca₂Co_0.9Fe P_0.1O_5+δ（C₂CPF）、Ca₂CoFe_0.9P_0.1O_5+δ（C₂CFP）以及Ca₂（CoFe）_0.9P_0.1O_5+δ（C₂（CF）P）。通过XPS以及EDS确定P元素成功掺入,而且通过XRD、TEM证明P元素的掺入并没有改变催化剂的正交结构。OER电化学测试展现出在10m A/cm²的电流密度下C₂CPF、C₂CFP、C₂（CF）P对应的电势分别为1.63 V、1.65 V、1.62 V,我们得出P的取代尤其是双位取代（C₂（CF）P）表现出最为突出的OER活性。ORR测试也证明了P掺杂对其性能提升有积极的作用,这可能是由于P⁵⁺高价态的离子掺入晶格中,根据电荷守恒,降低了B位金属的平均价态,更有利于电子传导,加快了电极反应速率,使其电催化性能有了显著提升。（3）我们通过在催化剂Ca₂CoFeO_5+δ的Co位制造缺陷合成了Ca₂Co_0.95FeO_5+δ(C₂C_0.95F)、Ca₂Co_0.9FeO_5+δ(C₂C_0.9F)和Ca₂Co_0.85FeO_5+δ(C₂C_0.85F)三种催化剂,结构表征证明了它们均保持母催化剂C₂CF的晶体结构。电化学测试揭示了C₂C_0.9F在1600 rpm下的ORR曲线半波电位相比C₂CF正移了30 m V,而且在10 m A/cm²的电流密度下的OER电位也提升到1.61 V,比商业Ru₂O高出30 m V,i-t测试展现出优于商业Pt/C的耐甲醇干扰性能。进一步研究发现其优异的性能主要取决于B位金属缺陷的存在增大了催化剂表面活性氧的含量,增加了活性位点,而且更有利于电子传导,共同作用提升催化活性。