1. 研究目的与意义（文献综述）

21世纪，能源与环境问题是关乎人类可持续发展的两大难题。过度的依赖非再生化石燃料资源，对生态环境与全球经济产生了巨大的负面影响^[1]。面对日益严重的能源与环境问题，无数科研学者正在积极致力于寻找一种清洁且可持续的能源。

氢能具有资源丰富、燃烧值高、导热性好、环保清洁、利用形式多、方便运输等特点。作为一种理想的新能源，有着无可比拟的巨大优势和无限广阔的前景，是解决当今世界能源危机和环境问题的最佳选择之一^[2]。目前工业制备氢气的方式主要有：蒸汽甲烷的转变、煤的气化以及电解水。其中电解水制氢早在1820年就己经由faraday获得成功，并在1890年后开始大量采用,其具有绿色、高效等特点。析氢反应是电解水的一个关键步骤，在没有催化剂条件下反应需要消耗很多能量。高效析氢反应电催化剂必须能够降低析氢的超电势、提高反应效率。贵金属如铂及其合金非常活跃，超电势接近零，而且它们已经被证明在催化析氢反应方面具有高效性。但是，地球丰富度低、成本高很大程度上抑制了这种贵金属大规模应用于能源储存和转换系统。因此，开发廉价和高效的非贵金属电化学催化剂应用于析氢反应，在过去这些年里已经引起了很多关注。迄今，许多非贵金属电催化剂己被广泛报道，例如过渡金属硫化物、过渡金属硒化物和生物质碳材料等。其中生物质碳材料由于其可持续、绿色环保、比表面积大和杂原子多等特点，而被认为是一种很潜在的电催化剂载体^[3-6]。

杂原子（如n，s，p，b等）掺杂到碳材料中可以调整其电子结构和电催化性能。已经证明氮掺杂的石墨烯^[7,8]和硫化的石墨烯^[9]是氧还原反应（oxygen reduction reaction，orr）和析氧反应（oxygen evolution reaction,oer）的活性催化剂。最近，氮/硫和氮/磷共掺杂石墨烯和石墨碳材料也显示出来改善了析氢反应（hydrogen evolution reaction,her）的催化活性^[10]。生物质碳材料在制备n 掺杂的碳材料方面具有三大优势：第一，不需要复杂的化学处理过程，不需要合成模板材料，一般通过保护气氛下的热解反应，微波辅助加热^[11]和水热方法^[12]等，直接就可以得到碳材料，环境友好无污染、对设备的要求比较低、节省时间；第二，许多生物质材料具有独特的微观结构，而这些结构通过化学方法无法合成或者难度较大;第三，生物质材料中一般含有有机物，如氨基酸和蛋白质等，在热解过程中直接可以得到高含量n掺杂的碳材料。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

（1）探索将大肠杆菌制备为n、p共掺杂的碳材料的实验思路；

（2）探索n、p共掺杂的碳材料表面覆盖金属硫化物纳米粒子的实验思路；

（3）检测表明金属负载硫化物纳米粒子n、p共掺杂的碳材料作为电催化剂的催化性能。

3. 研究计划与安排

第一周至第二周：查阅相关文献，明确研究内容，了解研究所需要的条件。确定方案，完成开题报告；

第三周至第十周：通过化学方法制备出n、p共掺杂的碳材料，同时制备出表面负载金属硫化物的n、p共掺杂的碳材料，并测量上述碳材料的电催化性能；

第十一周至第十五周：表征，进一步改进碳材料催化性能。整理实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] ya-rongzheng, min-rui gao, qiang gao, hui-hui li, jie xu, zhen-yu wu, shu-hong yu. anefficient ceo₂/cose₂ nanobelt composite for electrochemicalwater oxidation[j]. small , 2015, 11, 182-188.

[2] 钟志伟. 氮掺杂碳材料负载碳化钼作为析氢电催化剂[d].暨南大学, 2016. [3]mengboli, haihui zhou, wenji yang, liang chen, zheng huang, ningshuang zhang, chaopengfu and yafei kuang. co₉s₈ nanoparticles embedded in a n,s co-doped graphene-unzipped carbon nanotube composite as a high performanceelectrocatalyst for the hydrogen evolution reaction[j]. j. mater. chem. a,2017, 5, 1014.