自锂离子电池商业化以来,行业高速发展,各方面性能不断提升,但其能量密度的远不能满足现代产业的发展需求,成为未来电池产业的最大制约。而锂空气电池体系拥有极高的理论能量密度,因此备受关注。本文围绕对锂空气电池性能影响较大的正极材料展开研究,选择了稳定性优异的TiO₂基正极。为解决TiO₂材料催化活性不足的问题,一方面对其进行自掺杂改性,向晶格中引入氧空穴,提高材料催化能力;另一方面,借助TiO₂的半导体特性,以光催化辅助电化学过程,通过光电双效协同作用,大幅提升电池性能。采用水热反应、质子交换及热处理方法,制备出了氧非化学计量比δ为0.0625的TiO_2-δ-Ar/H₂粉体催化剂,改性后的材料不仅禁带宽度降至3.17 eV,扩大了光谱响应范围,而且增强了电极的导电性,载流子浓度升至8.73×10²⁰ cm^-3。晶格中的氧空穴提高了正极材料催化电极反应的能力,电池在无光照、1 A g^-1时,放电平台为2.637 V,充电平台为4.590 V,比其他粉体样品电池具有更小的过电位。在电池1 A g^-1的充放电过程中引入光照,光照后的放电电压增长了0.095 V,充电电压下降了0.202 V;且光催化辅助下,电池在2 A g^-1完成了100圈循环。使用原位气相色谱测试电池逸出的氧气量,分析发现光照时放电消耗了更多的氧气,充电也生成了更多的氧气,即光电催化辅助加快了ORR、OER反应速率。为进一步提高正极材料的稳定性,避免导电剂、粘结剂等物质发生副反应,影响锂空气电池的电化学性能,以Ti纳米线阵列为基材,通过水热反应及热处理,在其表面自生长TiO₂催化层,制备了全钛体系的核壳结构自支撑电极。Ti@TiO_2-δ-Ar/H₂电极的载流子浓度高达2.24×10²¹ cm^-3,较TiO_2-δ-Ar/H₂催化剂电极有大幅增长。Ti@TiO_2-δ-Ar/H₂电极表面催化层含有部分氧空穴,氧非化学计量比δ为0.190,较TiO_2-δ-Ar/H₂催化剂的Ti³⁺掺杂掺杂程度有所提高,这是由于核壳电极的Ti⁴⁺更易于还原为Ti³⁺。且光照对Ti@TiO_2-δ-Ar/H₂电池过电位的改善效果明显,1 A g^-1放电电压产生0.068 V的增幅,充电电压也降低了0.241 V。分析充放电过程逸出的氧气量,同样可推论出光照促进了电化学反应的进行。