近年来,关于各种用于氧还原反应(ORR)的非贵金属电催化剂的研究越来越广泛。发展一种简单有效的方法,合成性能上优于商业铂碳的非贵金属催化剂,具有非常重要的科学意义与应用价值。本文提出了一种简便、低成本、可以大规模合成的方法制备氮掺杂的碳纳米管,并对其ORR性能进行了研究。主要取得研究成果及创新点如下:1.通过煅烧醋酸钴和三聚氰胺的混合物,得到了一种均匀的氮掺杂(N-doped)的顶部封装钴纳米粒子的竹节状碳纳米管(NBCNT)。这种均匀的氮掺杂的竹节状碳纳米管表现出优于商业Pt/C的氧还原催化性能。最终扩散电流达到5.48 mA/cm2,优于商业Pt/C的4.91 mA/cm2;起始电位-0.0067 V,优于商业铂碳的-0.019 V;半波电位比商业铂碳大34 mV。从以上性能得出,制备的氮掺杂竹节状碳纳米管在氧还原催化反应活性上优于商业铂碳。2.相比于高效的Pt/C催化剂,氮掺杂竹节状碳纳米管表现出更高的甲醇耐受性以及长时间循环的稳定性。氮掺杂竹节状碳纳米管表现出在酸中的化学稳定性以及在酸性环境中不错的氧还原催化性能。极限扩散电流接近于商业Pt/C的大小。研究发现这是由于保护性的石墨碳层提供的耐酸性。其优异的氧还原催化性能来源于其规整的形貌、独特的竹节状结构、氮掺杂造成的较高的缺陷密度以及钴纳米粒子和包裹保护石墨层之间的协同效应。这种合成ORR催化剂的简便方法,催化剂的新结构,为发展低成本、高性能的ORR催化剂开辟了新途径。