1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

近年来，随着石油、煤等化石燃料的大量消耗，环境污染，能源短缺等问题随之而来，使得开发低成本的可取代化石能源的新能源成为各国关注的焦点。燃料电池作为一种存在于燃料与氧化剂中的将化学能直接转化为电能的发电装置，具有发电效率高，环境污染小的特点。但是燃料电池阴极氧还原反应在常温常压下速率极慢，需要使用催化剂来加快反应速率和降低在阴极上的过电位[1]。目前，pt基催化剂是公认的燃料电池阴极orr最有效的催化剂[2]。然而，由于铂的价格昂贵，储量有限，耐甲醇性能差，易受co毒害，催化活性易衰减[3-5]，仍限制了其商业化的步伐。因此，在保证优良的orr催化条件下尽量降低催化剂中铂的含量变得极为重要。碳材料原料丰裕且安全性高，基于其独特的化学性质常被用作工业催化剂和催化剂的载体，其负载催化剂的活性依赖于载体的物理结构、表面化学性质[6]。近年来，研究发现杂原子掺杂的碳材料对于orr反应具有很高的催化活性[7]。n掺杂的碳材料在不同ph的电解液中性质稳定，导电性高，比表面积大，制备成本低， 又具有一定的orr反应催化活性。氮掺杂碳材料在碱性介质中的氧还原催化活性可以与商业化 pt/c（20% pt, jm）催化剂相媲美，且具有更好的耐甲醇干扰性能、抗 co 毒害性能和稳定性[3]。yang wen等[8]报道氮掺杂介孔碳不仅具有优异的orr性能，其对甲醇溶液还具有良好的耐受性这一性能是铂基催化电极所不具备的。另外，在碳材料的高温碳化过程中引入过渡金属，可以促进活性位点的形成和碳化程度的提高，最终通过后处理（酸洗、二次加热等）去除碳材料中的多余过渡金属和杂质，可以有效避免催化剂在强酸性介质中的“失活”效应，达到同时提高氧还原催化活性和稳定性的双重目的[9]。

本实验在高温碳化灵芝孢子粉得到具有较高比表面积的天然氮掺杂的多孔碳材料时，引入钴盐，通过高温下碳还原得到单质钴促进碳材料的石墨化。通过酸溶解去除钴单质后，钴的残留将促进碳材料的orr反应。将探索具有优良orr催化性能的n掺杂的多孔碳材料的制备方法，研究碳的多孔特征、n掺杂以及钴的残留对碳材料的性能的影响规律。

2. 研究的基本内容与方案

2. 基本内容和技术方案

2.1、研究内容

1）探索通过灵芝孢子粉为原料制备高n含量并具有中空结构的碳材料的制备路线。

2）探索碳材料活化以及表面修饰co-n键的实验思路。

3. 研究计划与安排

3. 进度安排

第一周至第三周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需条件。确定方案并完成开题报告；

第四周至第六周：掌握无机合成方法，通过化学法制备出n掺杂的多孔碳材料、co-n修饰的碳材料以及负载pt纳米粒子的碳材料。

第七周至第十周：以碳材料作为orr的电催化剂进行电化学性能测试。

4. 参考文献（12篇以上）

3.参考文献

[1]周龑. 杂原子掺杂的碳材料作为高效的氧气还原电催化剂[d].江西师范大学,2014.

[2]y. li, y. li, e. zhu, et al. stabilization of high-performance oxygen reduction reaction pt electrocatalyst supported on reduced graphene oxide/carbon black composite [j]. chemical society, 2012, 134(30): 12326-12329.

[3]耿克然. 杂原子掺杂碳材料的合成及其氧还原性能的研究[d].河南师范大学,2015.