1. 研究目的与意义（文献综述）

化石燃料的日益消耗以及世界范围内温室效应等环境问题的严重，引起了人们对于新型清洁能源开发和研究的巨大兴趣。氢气作为目前的储量最丰富，环境友好型的供应能源之一，被认为最有希望替代化石燃料。但是氢气作为地球储量最丰富的一种能源，自由的氢气分子却不会自然地存在。在不同的氢气制备方法中，电解水方法作为氢气消耗的逆反应，对实现碳的零排放以及近乎完整的能量循环有着重要的意义^[1]。

电化学分解水的过程主要由两个半反应组成，分别是氧气的产生（通常称为oer过程），以及氢气的生成（通常称为her过程）^[2]。在这一反应中，通过电化学分解水存储能量，并形成氢气和氧气，随后它们重新结合又可以提供清洁的电能。但是这种动力学缓慢的基于氧气的电化学反应影响了在实际应用中的效率和相关技术的进一步发展^[3]。所以，关于如何提升氧气生成反应（oer）速率的问题被大量研究。目前，高活性、低成本的有效催化剂的发展和使用在oer过程中扮演了重要的角色。

地球丰富的钴基材料（如钴的氧化物^[2,4,5]、碳化物、磷化物^[6]等）作为催化剂目前已经被广泛的研究。wu^[7]等人首次合成co₃o₄纳米线用作oer催化性能的研究，并且通过氨蒸汽诱导生长的方法合成ni_xco_3-xo₄纳米线有效提高了co₃o₄纳米线的催化性能。基于此，sun^[8]等人将zn和co共沉淀合成zn_xco_3-xo₄ 纳米线，在10 ma cm^-2 的电流密度下，过电位为320 mv（电解液为1 m koh）优于初始的co₃o₄纳米线。四氧化三钴本身作为半导体，其本身较差的电导率限制了其电子的转移过程^[7]。xie^[9]等人将co(oh)f前驱体通过简单的氮化反应，合成金属化的co₄n，在经过多圈的循环伏安测试后形成了coooh@co₄n的核壳结构，有效的提高了催化剂的导电性和催化性能，在10 ma cm^-2 的电流密度下，达到了257 mv（电解液为1 m koh）的极小的过电位。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：通过对钴基前驱体进行碳包覆，并且在氩气和氨气中做前后两次烧结，从而得到直接生长在碳纤维上的氮掺杂碳包覆钴基一维纳米线阵列。

材料表征： 通过xrd对材料物相进行表征，sem对材料的形貌和结构进行表征；利用tem对材料的内部结构和物相及碳材料包覆情况进行表征；使用xps对包覆碳材料的氮掺杂情况，钴基纳米线的存在形式进行分析。

3. 研究计划与安排

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，制备氮掺杂碳包覆钴基纳米结构材料。

第7－10周：采用xrd、sem、tem、bet、tg-dsc、cv、eis、等技术测试材料的物相、显微结构、比表面积、电催化性能等。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] li j, zheng g one-dimensional earth-abundant nanomaterials for water-splitting electrocatalysts [j], adv. sci. 2016: 1600380.

[2] leng m, huang x, xiao w, et al. enhanced oxygen evolution reaction by co-o-c bonds in rationally designed co₃o₄/graphene nanocomposites [j], nano energy 2017, 33: 445-452.

[3] hong wt, risch m, stoerzinger ka, et al. toward the rational design of non-precious transition metal oxides for oxygen electrocatalysis [j], energy environ. sci. 2015, 8 (5): 1404-1427.