水系液流电池近年来因低成本、高的电流密度和功率密度,同时安全性有着较高的保证等特点备受关注。而电极材料作为电化学反应的场所,其性能的好坏直接影响电池性能的优劣。商用石墨毡电极存在活性比表面积低、亲水性差等问题,所以在作为电极使用时需要对其进行改性来改善其物理和化学性能。本文首先制备N-S及N-B二元非金属元素掺杂的石墨毡电极,其次在石墨毡表面进行掺杂态金属氧化物的负载,并对金属元素掺杂对氧化物的晶型影响进行了第一性原理的计算,最后结合性能较优、合成简便的非金属掺杂石墨毡对其进行掺杂态氧化物负载。采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、X-射线光电子能谱、拉曼光谱等物理测试对改性后的石墨毡表面形貌、晶型结构及元素状态进行表征,同时运用循环伏安、交流阻抗以及单体电池测试来对改性后的石墨毡进行电化学性能研究。实验结果表明,在采用N-S及N-B二元非金属掺杂后,其中在N-S掺杂中,采用的前驱体的浓度会影响掺杂电极的电化学性能,在浓度为0.25 M的浓度下得到的N-S-gf性能最优。两种掺杂得到的石墨毡电极电催化性能比原始的石墨毡电极提高了近2倍。通过水热和热处理的方法在石墨毡的表面进行Ti O2、WO3和Nb2O5掺杂态氧化物的负载,发现当前驱体的质量比为4:1负载得到的Ti-wo3-gf电极材料性能较优。而负载得到的Nb-h-wo3-gf电极材料因Nb嵌入到WO3晶格中导致WO3结构无序,键长和键角发生了变化,形成氧空位,提供了活性位点,故电极容量有所提升。采用非金属掺杂碳纤维-掺杂态金属氧化物负载相结合的方式中,在40 m A·cm-2的电流密度下,100个循环内,N-S-Ti-wo3-gf容量相比于原始石墨毡提升了58.5%,而N-S-Nb-h-wo3-gf电极的容量相比于原始石墨毡有40.9%的提升,且容量保持率良好,库仑效率保持在70%左右。