1. 研究目的与意义（文献综述）

工业上电催化产氧用的是稀有贵金属（IrO₂、RuO₂)等，这些贵金属具有优良的耐腐蚀、抗氧化特性和电化学特性，被应用于析氧催化与氧还原催化领域。但IrO₂、RuO₂价格昂贵很难实现工业化大规模生产，而金属硫化物简单易得、成本低廉，是现在研究的热点。然而金属硫化物的导电性能差，导致电催化产氧性能低。采用金属硫化物的复合碳材料增加导电性，可以提高电催化产氧性能。石墨烯材料不仅比表面积大，而且导电性高在材料领域应用广泛。但是传统的二维石墨烯材料,片层之间因为具有较强的π-π堆叠和疏水作用,以及单个片层还原伴随着物理交联、范德华力等原因导致石墨烯片层发生严重堆叠和团聚，使石墨烯的比表面积和导电性降低。构建石墨烯的三维网络结构不仅有利于电极材料内部电子的传输,而且降低了电解质离子在电极内部的扩散阻力,对发挥电极材料电化学性质起到重要作用。三维石墨烯是由二维石墨烯组成的多孔结构,与二维石墨烯相比,具有更高的机械强度、导电性、比表面积等更优异的综合性能。传统三维石墨烯是通过化学气相沉积法（CVD）制备的，但CVD法制备工艺复杂而且实验设施要求严格，使制备成本增高。本实验采用简便方法通过商业的聚氨酯海绵为模板吸附石墨烯溶液，在酒精灯下煅烧一分钟之内可以得到氮掺杂三维石墨烯海绵（3DNGF）。得到的石墨烯海绵不仅导电性好、比表面积大，而且呈现空心多孔结构，是个非常理想的骨架材料。此外，我们通过合成钴的MOF（ZIF-67）作为模板,采用水热的方法得到空心十二面体硫化钴（Co₉S₈）。ZIF-67是钴的金属有机框架，不仅比表面积大、孔隙率高，而且ZIF-67为模板得到的空心十二面体Co₉S₈进一步增大了比表面积，从而增强了电催化性能。基于上述合成的材料，我们构筑出空心十二面体硫化钴负载氮掺杂三维石墨（Co₉S₈@3DNGF）,得到的复合材料导电性好而且电催化活性高，比单一组分的产氧效率更高。这在能源需求日益迫切的当前有着实际并且广泛的应用前景。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：（1）通过hummer法制备二维石墨烯，再配成石墨烯溶液。然后采用商业聚氨酯海绵为模板，吸附分散均匀的石墨烯溶液，再把负载石墨烯的海绵置于酒精灯下煅烧几十秒，得到三维氮掺杂石墨烯。（2）分别配置40 ml 的硝酸钴和二甲基咪唑甲醇溶液，再把得到的三维石墨烯放入硝酸钴溶液中搅拌30 min，接着把二甲基咪唑溶液滴加到上述溶液中，搅拌1 h, 静置20 h，得到zif-67负载的三维石墨烯海绵。（3）取适量的已负载的海绵分散到乙醇中，加入硫代乙酰胺搅拌，再将溶液转到反应釜中，水热120 ℃ 6 h 得到空心十二面体硫化钴负载三维氮掺杂石墨烯.

材料表征：对硫化钴负载氮掺杂三维石墨烯材料进行结构表征和电化学性能测试，通过xrd、bet、tem、sem、xps等表征手段对其形貌结构、元素构成和比表面积进行了分析，并采用电化学阻抗（eis）、极化曲线（lsv）、循环伏安（cv）等电化学测试技术对其电催化产氧性能进行了系统评估。

3. 研究计划与安排

3．进度安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：按照设计方案，制备三维氮掺杂石墨烯（3dngf）与co₉s₈复合材料。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] zhao y, nakamura r, kamiya k, et al. nitrogen-doped carbon nanomaterials as non-metal electrocatalysts for water oxidation [j]. nature communications, 2013, 4.

[2] liu j, wu c, xiao d, et al. mof-derived hollow co₉s₈ nanoparticles embedded in graphitic carbon nanocages with superior li-ion storage [j]. small, 2016.

[3] du x, liu h y, mai y w. ultrafast synthesis of multifunctional n-doped graphene foam in an ethanol flame [j]. acs nano, 2015, 10(1): 453-462.