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随着锂离子电池大范围应用于生产生活和电动汽车中，开发新型高能量密度的电池器件吸引了越来越多的科研团队的关注。锂-二氧化碳电池作为集二氧化碳吸收转化和新型能源储存利用的器件，对其的研究具有重要的科学意义和应用价值。目前对于锂-二氧化碳电池的研究基本属于初始阶段，研究电池正极催化材料，提高电池使用寿命和实用性是开发利用这类电池的关键技术。本论文基于碳纳米材料来源广，稳定性好，低成本等优势设计合成了碳基纳米催化剂应用于锂-二氧化碳电池体系中。本课题分为如下两部分:
一、氨基化还原氧化石墨烯催化材料。使用氧化石墨烯(GO)作为前体，通过氨水水热还原生成含有氨基基团的氨基化还原氧化石墨烯作为Li-CO2电池的催化材料。该催化材料具有氨基对二氧化碳气体的化学吸附能力和石墨烯材料的高电子传输速率。当应用于可逆锂二氧化碳电池中时，其放电平台在0.1Ag-1的电流密度下高于3.0V,充放电过电势只有0.81V。电池的完全放电容量在1Ag-1时达到10645mAh g-1。与此同时，该材料还有较好的催化分解碳酸锂的能力，在1A g-1的大电流密度下，电池可以稳定充放130个循环以上。该研究证明氨基化的石墨烯是Li-CO2电池的高性能正极催化材料，为功能化碳材料应用于Li-CO2的研究提供了启发。
二、碳纳米带催化材料。对不同尺径的碳纳米管(CNTs)进行径向氧化剥开制备半打开或全打开的碳纳米(GNR)带，作为锂二氧化碳电池催化剂。当使用液态电解液时，由20nm的CNTs剥开的碳纳米带(20-GNR)催化剂拥有最好的电池性能，在1.0A g-1的充放电电流密度下电池可以稳定充放电循环200h以上。制备交联有机无机胶体电解液聚甲基丙烯酸甲酯-聚乙二醇-二甲基亚砜-二氧化硅-锂盐(PMMA-PEG--DMSO-SiO2-LiTFSI)，电解液在常温下的离子电导率达到0.0026S m-1。将催化剂20-GNR作为正极材料，胶体电解液应用于固态锂二氧化碳电池时，在100mA g-1的充放电电流下，以100mAh g-1为截止容量工作时，电池可以循运行100h，电池初始充电电压平台只有3.5V左右。新型交联聚合物电解液可以减少二氧化碳与金属锂的直接接触，提高电池的安全性和使用寿命。
一、氨基化还原氧化石墨烯催化材料。使用氧化石墨烯(GO)作为前体，通过氨水水热还原生成含有氨基基团的氨基化还原氧化石墨烯作为Li-CO2电池的催化材料。该催化材料具有氨基对二氧化碳气体的化学吸附能力和石墨烯材料的高电子传输速率。当应用于可逆锂二氧化碳电池中时，其放电平台在0.1Ag-1的电流密度下高于3.0V,充放电过电势只有0.81V。电池的完全放电容量在1Ag-1时达到10645mAh g-1。与此同时，该材料还有较好的催化分解碳酸锂的能力，在1A g-1的大电流密度下，电池可以稳定充放130个循环以上。该研究证明氨基化的石墨烯是Li-CO2电池的高性能正极催化材料，为功能化碳材料应用于Li-CO2的研究提供了启发。
二、碳纳米带催化材料。对不同尺径的碳纳米管(CNTs)进行径向氧化剥开制备半打开或全打开的碳纳米(GNR)带，作为锂二氧化碳电池催化剂。当使用液态电解液时，由20nm的CNTs剥开的碳纳米带(20-GNR)催化剂拥有最好的电池性能，在1.0A g-1的充放电电流密度下电池可以稳定充放电循环200h以上。制备交联有机无机胶体电解液聚甲基丙烯酸甲酯-聚乙二醇-二甲基亚砜-二氧化硅-锂盐(PMMA-PEG--DMSO-SiO2-LiTFSI)，电解液在常温下的离子电导率达到0.0026S m-1。将催化剂20-GNR作为正极材料，胶体电解液应用于固态锂二氧化碳电池时，在100mA g-1的充放电电流下，以100mAh g-1为截止容量工作时，电池可以循运行100h，电池初始充电电压平台只有3.5V左右。新型交联聚合物电解液可以减少二氧化碳与金属锂的直接接触，提高电池的安全性和使用寿命。