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杂原子掺杂碳过渡金属复合材料的设计制备及氧还原性能研究的开题报告
一、选题背景
氧还原反应（ORR）是许多电化学能源转换装置的关键反应之一，包括燃料电池、锂空气电池、金属空气电池等等。然而，传统的铂族金属催化剂不仅价格昂贵，而且稀缺性也是制约其应用的主要因素之一。因此，寻找替代铂族金属的氧还原催化剂是一项重要的研究课题。目前，碳基复合材料作为一种有潜力的氧还原催化剂受到了广泛的关注。
二、研究内容和意义
由于传统碳基材料的电催化性能较差，因此，通过掺杂杂原子和过渡金属可以显著改善材料的催化性能。本课题通过掺杂杂原子和过渡金属，设计制备一种新型复合材料，在控制其组成，形貌和结构的同时，研究其氧还原性能，探索其在燃料电池等领域的应用前景。
三、研究方案
1.合成过渡金属离子掺杂的碳纳米管和氨基聚苯胺杂化纳米颗粒
在碳纳米管的表面和/或氨基聚苯胺杂化纳米颗粒中掺杂过渡金属（如钴、铁等）离子，制备杂原子掺杂的复合材料。
2.利用化学还原法制备氧还原性能测试样品
通过化学还原法制备氧还原性能测试样品，在控制其组成，形貌和结构的同时，研究其氧还原性能。
3.氧还原性能测试
采用旋转盘电极（RDE）等技术研究复合材料的氧还原性能，比较其与商业铂催化剂的性能差异，分析材料的催化活性和稳定性。
四、研究目标
本课题旨在设计制备一种新型的碳基复合材料，在掺杂杂原子和过渡金属的同时，研究其氧还原性能，为探索替代铂族金属的氧还原催化剂提供新思路和新方法。
五、预期成果
1、成功合成杂原子掺杂过渡金属碳基复合材料，并通过多种表征手段对其进行表征。
2、成功制备氧还原性能测试样品。
3、探究过渡金属稀土元素共掺杂碳的制备及其性能研究，提出优化方案，为该领域提供新的思路并取得一定的研究成果。
4、论文发表一篇，申请一项专利。
六、研究计划
本研究分为两年，一年为预研期，第二年为正式研究期。预研期计划完成样品的合成、制备和初步表征；正式研究期计划完成材料的深入表征和测试，并撰写论文和申请专利。
预研期：
第一至第三个月：文献调研
第四至第六个月：制备材料
第七至第九个月：初步表征
正式研究期：
第一至第三个月：深入表征
第四至第六个月：测试氧还原性能
第七至第九个月：撰写论文
第十至十二个月：申请专利
七、进度安排
预研期：
第一至第三个月：文献调研
第四至第六个月：制备材料
第七至第九个月：初步表征
正式研究期：
第一至第三个月：深入表征
第四至第六个月：测试氧还原性能
第七至第九个月：撰写论文
第十至十二个月：申请专利
八、参考文献
[1]LiuX.,ParkJ.,WangX.,etal.Nitrogen-dopedGraphene-richCatalystsDerivedfromHeteroatomPolymersforOxygenReductionandEvolutionReactions[J].NanoEnergy,2015,11:378-386.
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[4]LiZ.,FuY.,WangY.,etal.UnusualSynergyBetweenBiandPinBiPNanoparticlesforEfficientOxygenReductionReaction[J].NanoLetters,2018,18(4):2742-2751.
[5]JiangJ.,WuX.,LiD.,etal.StablePtMonolayerElectrodepositedonNitrogen-dopedReducedGrapheneOxidewithHighActivityforOxygenReduction[J].JournalofPowerSources,2014,272:785-790.