1. 研究目的与意义（文献综述）

随着化石燃料等不可再生能源快速消耗和世界各地的环境问题不断增加，寻找可持续可再生能源已成为当今最重要的挑战之一。 目前，实现可持续发展的一个重要途径是发展电化学储能和转换装置，如燃料电池，水的催化分解，二氧化碳和氮氧化物的电化学还原。而电催化剂作为许多高性能能源装置的一部分在这些电化学反应中起着至关重要的作用 ^[1-5]。迄今为止，电催化剂的进一步发展及其电化学性能的提高仍然是一个巨大挑战。

金属基纳米材料是非均相电催化剂的主要类别，其研究推动了纳米科学和工业应用的发展。目前研究表明，金属纳米粒子（nps）的尺寸减小可以有效地提高其催化性能。随着尺寸的减小，nps会具有更大的比表面积和量子尺寸效应，金属表面高活性原子的数量会大大增加，同时表面原子结构，电子结构和表面缺陷也随之改变^[6]。这些纳米材料由于其良好的几何效应和电子效应以及其丰富的高反应性表面位点，从而在催化应用中展示出巨大的潜力。

近几年，科研工作者已在通过合理控制调节铂纳米粒子形状，结构和组成来提高其电催化性能方面做出了巨大努力^[7,8]。这些纳米材料不仅具有令人满意的电化学性能，而且还大大减少了贵金属的使用量，从而使基于nps的能源装置能广泛商业化。金属纳米颗粒尺寸的不断减小会产生纳米团簇，纳米团簇在电催化中也表现出明显的优势。正如所预料的那样，随着团簇尺寸的减小，表面活性位点会大量增多，其电催化性能亦会进一步提升^[9-11]。例如，chen课题组发现au纳米团簇上氧还原反应取决于团簇尺寸，随着团簇尺寸从140 nm减小到11 nm，其电化学性能逐渐增强^[12,13]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：利用凝胶-溶胶法，制备钴掺杂氧化锌固溶体纳米颗粒；通过化学气相沉积技术形成金属-有机结构框架（mof）包覆氧化锌颗粒的核壳结构；再结合后续烧结技术及盐酸处理，获得石墨基负载单原子结构的电催化剂；

材料表征：对石墨基负载单原子结构的电催化剂进行结构表征和电化学性能测试，通过xrd、bet、tem、sem、xps、红外等表征手段对其及前驱体的形貌结构和元素构成进行了分析，并采用循环伏安法(cv)、线性扫描伏安(lsv)法等电化学测试技术对其催化氧还原反应(orr)的电化学性能进行了系统评估。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的项目背景，材料合成机理、材料表征手段。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：按照预定的方案进行不同类型石墨基负载单原子结构的电催化剂的可控制备，并且对其进行xrd和sem等物相和形貌的表征。

第9－13周：测试催化剂性能，完成理论分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] m. k. debe. electrocatalystapproaches and challenges for automotive fuel cells[j]. nature, 2012, 486:43–51.

[2] b. zhang, x. zheng, o. voznyy, et al. homogeneouslydispersed, multimetal oxygen-evolving catalysts[j].science, 2016,352: 333-337.

[3] i. roger, m. a. shipman, m. d. symes, earth-abundant catalysts forelectrochemical and photoelectrochemical water splitting[j]. nat. rev. chem.2017, 1, 0003.