碳基非贵金属氧还原电催化剂的制备和性能的开题报告.docx

碳基非贵金属氧还原电催化剂的制备和性能的开题报告
一、研究背景和意义
近年来，氢能源被广泛认可为一种有前途的清洁能源，具备储能、可再生等优势。在氢能源产生过程中，氢气的制备是首要问题，而无焰电解水是一种高效节能的氢气制备方法。然而，电解水能否成为主流的氢气制备方式，关键在于电解中用作氧化剂的氧还原电催化剂的性能。贵金属Pt及其合金是目前最为理想的氧还原电催化剂，但其成本较高，普及面受到限制。因此，发展低成本非贵金属氧还原电催化剂具有重要的现实意义。
二、研究现状
目前，已有许多学者对非贵金属氧还原电催化剂进行了研究，其中以碳基材料为主要载体，如氮杂环碳素、多孔碳、碳纳米管等。这些材料具有良好的导电性、化学稳定性和高的比表面积等特点，在氧化还原反应中具有很大潜力。例如，近年来出现的氮杂环碳素通过硫酸氧化-碱性活化处理后，可以形成大量的活性官能团，提高了材料的电化学性能。在多孔碳方面，研究人员通常采用模板法制备具有控制孔径和孔体积的多孔碳材料，来达到调控氧还原反应的目的。
三、研究内容及方法
本研究旨在制备高性能的碳基非贵金属氧还原电催化剂，主要研究内容包括：
1.采用硫酸氧化-碱性活化和模板法等方法制备具有高比表面积和孔隙特性的材料；
2.通过多种表征手段对所制备催化剂的结构和性能进行分析，比如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等；
3.采用循环伏安法和转换伏安法等电化学测试方法，评价催化剂的电催化性能。
四、预期结果和意义
本研究预计制备出高性能的碳基非贵金属氧还原电催化剂，并研究其电催化机理。所制备的催化剂可以应用于无焰电解水等具有广泛应用前景的领域中，同时开发非贵金属氧化还原催化剂，具有重要的战略意义。