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电化学方面的研究是解决目前能源问题、环境问题以及临床诊断等方面问题的重要手段。例如,研究锂离子电池能有效储存风能、太阳能、潮汐能、地热能等间歇式能源;而燃料电池的开发则能减少石油等化石能源的消耗;生物电化学传感器的研制则对于研究生物小分子的生理功能以及对神经疾病的诊断具有重要意义。过渡金属氧化物由于具有较高的电化学活性,在电化学方面具有广泛和重要的作用。本文通过合成介孔立方Fe3O4应用锂离子电池负极材料,期望得到容量大以及稳定性优良的锂离子电池负极材料;合成了三维N掺杂石墨烯MnO复合材料,希望得到催化性能良好的燃料电池阴极氧还原反应催化剂;利用三维N掺杂石墨烯MnO复合材料构建高选择性、高敏感的的生物电化学传感器。具体的实施方案如下:(1)以普鲁士蓝结构为模板合成介孔Fe3O4立方及其在锂离子电池中的应用。以普鲁士蓝立方为模板,通过热解过程合成介孔Fe3O4立方。由于介孔Fe3O4立方的介孔结构能提供更多电化学过程中的离子和电子通道,另外介孔结构也使材料的比表面积增大,使得材料表面具有更多的反应位点;介孔Fe3O4立方的支撑状立方结构缓解了Li+嵌入/脱出过程中体积变化产生的内应力,从而阻止了材料结构的破坏及粉化。将其应用于锂离子电池负极材料获得了良好的稳定性,并且可逆容量达到800 mAh g-1左右。(2)三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料高效催化氧还原反应。通过戊二醛和间苯二酚辅助交联共价组装合成了三维氮掺杂石墨烯/氧化锰纳米复合材料(3D-N-RGO/MnO)。N元素的掺杂能有效的对RGO表面进行改性,使得RGO获得更好的电化学性能。将三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料应用于氧还原反应中三维氮掺杂石墨烯与MnO纳米粒子发生了明显的协同作用,获得了优良的氧还原反应催化性能,具有良好的稳定性和抗干扰性,电子转移数达到3.03。(3)三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料对多巴胺的电化学检测。利用三维氮掺杂石墨烯与MnO纳米粒子的协同催化性能及其对DA、UA和AA具有不同的催化氧化电位,实现对DA、UA和AA进行同时检测。利用DPV法实现了在UA存在的情况下对DA的定量检测。并且测得检测的线性范围及检测限。