化石石油资源的枯竭和严重的全球变暖问题，以及便携式电子设备的快速发展，迫使我们寻找可持续、清洁和可再生的能源存储系统。到目前为止，锂离子电池（LIB）凭借其在长寿命和倍率能力方面的出色表现，在便携式电子产品市场上占据主导地位，但理论能量密度过低限制了其发展。相比之下，锂空气电池有着超高的理论能量密度（3500 Wh/kg）而在新能源汽车、便携式电子产品、电网储能等领域表现出极大的应用潜力。但目前，锂-氧电池仍面临着充放电过电位高、循环稳定性差等问题。针对上述问题，本项目设计了一种新型锂氧电池碳纳米管负载铁酞菁催化剂改善了反应动力学，实现了高循环寿命并深入探索了催化机理。 碳纳米管（CNT）是用于异相催化的出色载体材料。它们的大比表面积使纳米颗粒易于分散，避免团聚，并且它们的高电子电导率使它们在电化学应用中前景广阔。在这里，我们介绍了CNT在异相电催化中的作用。由于合成和纯化方面的最新进展，CNT的直径可以控制在2-50 nm以上，使其成为在亚nm平面分子中诱导应变的理想载体。铁酞菁是作为一种Fe-N4结构的平面分子，常被用作染料，在此项研究工作中，探索了它独特的催化作用。我们报告了各类光谱研究，以评估平面分子FePc在不同管径CNT上单分散之前和之后的结构。我们展示了FePc位点在催化氧还原反应中的动态行为，揭示了活性位点的底物应变调节几何变形及其与活性的相关性。我们最好的FePc位点位于直径为10-20 nm的碳纳米管上，与Super P催化剂相比，其活性提高了3.4倍。各类吸收光谱表明，合理的底物应变允许优化变形，其中Fe与含氧中间产物牢固结合，同时Fe-N原子保持紧密配位。优化的变形促进了电子从Fe转移到吸附的O，大大提高了氧还原活性。 2号催化剂在200mA g-1的电流密度下提供了11500mAh g-1的极高放电比容量，在500mAh g-1的容量限制下实现了755小时（151个循环）的长循环寿命，大大提高了能源利用率。这项工作揭示了碳底物方面单原子催化剂的结构-功能关系，并为其未来的设计和活性提升提供了指导。