【摘 要】
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自工业革命以来,大量的化石能源消耗造成了严重的环境污染,而且化石燃料燃烧后生成的CO2也被排放到空气之中,使得全球温度急速升高,造成了一系列的气候问题。通过发展新能源和新型能量转换和储存设备来缓解和改善目前的能源和环境问题已经是各国的共识。锂离子电池已经被广泛应用于手机,电脑以及电动汽车,但是其能量密度较低,已经无法满足便携设备更长时间的续航以及电动汽车更高要求的里程数需求,而锂氧气电池因其极高的
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自工业革命以来,大量的化石能源消耗造成了严重的环境污染,而且化石燃料燃烧后生成的CO2也被排放到空气之中,使得全球温度急速升高,造成了一系列的气候问题。通过发展新能源和新型能量转换和储存设备来缓解和改善目前的能源和环境问题已经是各国的共识。锂离子电池已经被广泛应用于手机,电脑以及电动汽车,但是其能量密度较低,已经无法满足便携设备更长时间的续航以及电动汽车更高要求的里程数需求,而锂氧气电池因其极高的能量密度被研究人员视为解决该问题的有效装置。锂氧气电池的研究与发展不到30年,现在仍然处于实验室阶段,而且面临着一系列问题,例如极高的充放电过电势,较低的能量转化效率,不良的倍率性能以及循环稳定性,造成以上问题的主要原因就是氧还原反应（ORR）与氧析出反应（OER）缓慢反应动力学,对此可以通过使用双功能催化剂来加快这些反应进程,促进充放电过程中反应产物的沉积和分解。现阶段,贵金属基催化剂,例如Pt、Au、Pd和Ru等,仍然是高效的锂氧气电池正极催化剂,但是它们价格高昂,地壳中含量稀缺,不利于大规模应用,这迫使我们去寻找新的替代品。金属硫族化物因优异的电化学活性、易于合成以及价格便宜等原因成为代替贵金属催化剂的重要候选者,但其导电性不足的问题仍待解决,离子和电子的传输受限导致较低的实际电池性能。本课题介绍了通过简单的合成工艺,对具有高活性的硫族化合物进行结构调控形成异质结构,以提高它们的导电性和电催化活性,并对其锂氧气电池的催化机理进行了探究。在课题中我们对两种典型硫族化合物材料进行了结构调控:1.我们设计了一种简便的两步水热合成方法,通过相调节策略获得1 T/2H MoSe2异质结构纳米花,电化学测试表明含有该催化剂材料的锂氧气电池展现出了优异的电化学活性,包括低过电势,大比容量和稳定的循环性能。这是因为通过相调节,结合了两相的催化功能优势,并且构建了异质结构,得到高催化性能的锂氧气电池正极催化剂。2.我们通过回流和水热的方法构建异质结构,获得了 MnCo2S4-CoS1.097异质结构纳米管,充分发挥两相材料的协同催化性能,构建的异质界面提高了传质能力,使得该材料可以在大电流密度下表现出优异的双功能催化活性。本课题的研究意义在于:（1）设计了简单、高效、低成本的合成方案对金属硫族化物进行结构调控。（2）通过相调节和构建异质结构的策略增强了金属硫族化物材料的双功能催化性能。（3）通过深入分析反应机理,解释结构调控增强电池性能的原因,为其它金属硫族化物的研究提供参考和有力支持。
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