基于过渡金属氮掺杂碳纳米材料的合成及其氧还原性能研究的任务书.docx

基于过渡金属氮掺杂碳纳米材料的合成及其氧还原性能研究的任务书
任务书
题目：基于过渡金属氮掺杂碳纳米材料的合成及其氧还原性能研究
任务目的：
1.掌握碳纳米材料的合成及其掺杂方法；
2.学习过渡金属氮掺杂的原理和方法；
3.了解氧还原反应的机理和特点；
4.研究掺杂过渡金属氮的碳纳米材料在氧还原反应中的催化性能。
研究内容：
1.文献调研
查阅关于碳纳米材料的合成及其掺杂方法的文献，了解过渡金属氮掺杂碳纳米材料的合成原理和掺杂方法，同时了解氧还原反应的机理和特点。
2.碳纳米材料的合成
以普通的石墨为原料，通过化学气相沉积、电化学氧化还原等方法，合成不同形态的碳纳米材料，并对其表面进行相关处理，为后续掺杂过渡金属氮做准备。
3.过渡金属氮的掺杂
采用硫酸亚铁还原法、等离子体处理等方法，将过渡金属含氮化合物掺杂到碳纳米材料中，并进行适当的热处理。
4.氧还原反应性能测试
对掺杂过渡金属氮的碳纳米材料进行氧还原反应性能测试，记录其电化学行为和活性性能，并分析其催化机理。
预期结果：
1.成功合成不同形态的碳纳米材料，并掌握其表面处理技术；
2.掌握过渡金属氮掺杂碳纳米材料的合成方法；
3.了解过渡金属氮掺杂碳纳米材料在氧还原反应中的催化性能；
4.对过渡金属氮掺杂碳纳米材料的氧还原性能测试结果进行分析，探讨其催化机理。
进度安排：
第1-2周：文献调研，了解碳纳米材料的合成原理和掺杂方法，以及氧还原反应的基本原理和机理。
第3-4周：进行碳纳米材料的合成实验，根据实验情况选择最佳合成方法。
第5-6周：进行过渡金属氮掺杂实验，选择最适宜的掺杂方法。
第7-8周：进行氧还原性能测试实验，记录并分析测试结果。
第9周：总结研究结果，撰写研究报告。
任务要求：
1.实验仪器材料需合理选用，确保实验安全。
2.对实验数据进行仔细记录，保证实验结果准确可靠。
3.对实验中出现的问题，需及时沟通交流，协调解决。
4.完成研究报告的撰写和提交，格式符合要求。
参考文献：
1.Wu,C.;Su,J.;etal.Synthesisoftransitionmetalandnitrogenco-dopedcarbonspheresandtheiroxygenreductionactivity.ScienceBulletin,2015,60(14),1306-1316
2.Zhang,X.;Liu,S.;etal.Nitrogendopedcarbonmaterials:Syntheticmethods,characterizationandcatalyticapplicationsinenergyconversionandenvironmentalremediation.Chem.Soc.Rev.,2017,46,601-631.
3.Wang,X.;Maeda,K.;etal.Metalloporphyrin-encapsulatingorganosilicananospheresascatalystsfortheoxygenreductionreactioninfuelcells.Nat.Mater.,2012,11,9-13.
4.Zhu,Y.;Murali,S.;etal.Carbon-basedsupercapacitorsproducedbyactivationofgraphene.Sci.,2011,633-636.