許多實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究發(fā)現(xiàn),碳材料中的特征電子自旋態(tài)和電荷態(tài)可增加反應(yīng)物和中間體的吸附/解吸自由能,以及作為氧還原催化劑的用途。將雜原子（例如N,O,B,P等）或者金屬M(fèi)-N-C（Mn,Co,Fe等）引入碳骨架中對(duì)單一和共摻雜碳材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。合理設(shè)計(jì)高效三官能電催化劑的氧還原反應(yīng)（ORR）,析氧反應(yīng)（OER）,析氫反應(yīng)（HER）對(duì)電化學(xué)方面應(yīng)用于儲(chǔ)存能源與轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本論文主要設(shè)計(jì)合成制備高活性,成本低,操作簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性高的碳基材料催化劑。具體工作如下:（1）利用B摻雜提高Co-N-C活性位點(diǎn)效率用于高效氧還原反應(yīng)及鋅空電池相關(guān)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,材料結(jié)構(gòu)新穎,為B摻雜元素催化劑開(kāi)辟了新的見(jiàn)解。DFT計(jì)算證明了引入的B元素提供了電子缺陷位點(diǎn),其可以激活Co-N-C位點(diǎn)周?chē)碾娮愚D(zhuǎn)移,增強(qiáng)與含氧物質(zhì)的相互作用,從而加速4e-處理的ORR和OER中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。本工作中,M-N-C活性位點(diǎn)的原子反應(yīng)效率可以通過(guò)用雜原子修飾用于氧電催化的位點(diǎn)增強(qiáng)。我們制備的催化劑使其成為有希望的候選物在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備方面。（2）N摻雜碳納米管Co2P-CoN雙活性中心多功能催化劑的制備及鋅... 

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１傳統(tǒng)的碳材料示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ．??

?氮摻雜可以改善碳材料的浸潤(rùn)性和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)［１９＠］。氮鍵結(jié)構(gòu)被分為四??種類(lèi)型，吡啶氮、吡咯氮、石墨氮和氧化氮［２１＿２３］，如圖１．２所示不同類(lèi)型的氮能??影響其自身性能。如石墨氮和吡啶氮能對(duì)氧還原反應(yīng)貢獻(xiàn)很大。??ＰｒｉｄｉｎｉｃＮ?（３９８．６ｅＶ）?Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ?Ｎ?（４０１．２ｅＶ）??Ｏｘｉｄｉｚｅｄ?Ｎ?Ｊ?１??—??Ｊ４００．５ｅＶ）??圖１．２氮摻雜碳材料中不同氮的化學(xué)鍵示意圖［２３］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｂｏｎｄｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｉｎ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｄｏｐｅｄ??Ｐ２３＇??ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?＼??氮摻雜碳材料制備方法一般可分為兩類(lèi)：（１）原位摻雜；（２）后摻雜。常見(jiàn)的??氮摻雜碳材料主要包括，氮摻雜碳納米管，氮摻雜碳納米纖維，氮摻雜石墨烯??以及氮摻雜碳微球等。??（２）硼摻雜的碳材料??由于其獨(dú)特的性質(zhì)，硼被發(fā)現(xiàn)是非金屬催化中的有用成分［２４］。硼是一種輕??質(zhì)的準(zhǔn)金屬元素，通常能夠在晶體結(jié)構(gòu)中與氧化態(tài)ＩＩＩ的硼形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵［２５］。??因此，含硼化合物通常非常穩(wěn)定，具有髙熱穩(wěn)定性，耐化學(xué)性和機(jī)械硬度的性??質(zhì)，并且它們通常也用作電絕緣體［２６］。在應(yīng)用方面，硼主要用作絕緣和結(jié)構(gòu)材??料的添加劑，在物理和有機(jī)化學(xué)中僅使用少量硼。硼在材料科學(xué)中開(kāi)始受到關(guān)??注

有希望的共摻雜劑。最近的報(bào)道表明，碳納米結(jié)構(gòu)中插入的硼（Ｂ）原子可以作??為ＯＲＲ活性位點(diǎn)。這種調(diào)整使ＢＣＮ納米管對(duì)ＯＲＲ活性起作用，因?yàn)樗鼈冊(cè)谔??框架中含有一些分離的Ｂ－Ｃ和Ｎ－Ｃ鍵（圖１．３ｂ）?［３Ｗ２］。通過(guò)改善電子自旋密度，??Ｂ－Ｃ和Ｎ－Ｃ鍵可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)Ｂ－Ｎ鍵更好的電子態(tài)，從而激活０ＲＲ和ＨＥＲ過(guò)??程ｔ３３＿３４］。最近，胡征等人通過(guò)不同含量的Ｂ，?Ｎ元素對(duì)比ＯＲＲ性能，發(fā)現(xiàn)一定??量的Ｂ元素可以提高０２吸附，從而改善ＯＲＲ性能。值得注意的是，引入的Ｂ??元素提供了一個(gè)電子缺陷位點(diǎn)，可以激活Ｃｏ－Ｎ－Ｃ位點(diǎn)周?chē)碾娮愚D(zhuǎn)移，加強(qiáng)與??含氧物質(zhì)的相互作用，從而加速４ｅ—處理的ＯＲＲ和ＯＥＲ中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)［３５］。相??對(duì)于純碳材料，經(jīng)過(guò)硼摻雜的碳材料具有更優(yōu)越的性能，在很大程度上擴(kuò)大了??碳材料的應(yīng)用。??（３）磷摻雜碳材料??磷（Ｐ）是一種Ｖ族元素，與氮（Ｎ）是同一主族元素，Ｐ具有比Ｎ更高的??給電子能力和更強(qiáng)的ｎ型效應(yīng)。另外


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