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能源匮乏和环境污染是当今世界两大主要问题,传统能源石油的加剧使用和污染性气体的超标排放引起地球温室效应的加剧,为了世界的持续发展,人类和环境能够和谐共处,绿色环保的新型能源与技术的研究开发和利用成为了十分迫切的课题。现在的能源转换系统中,氢氧燃料电池因其较大的比容量而有着比较广泛的应用。在这类电池中,阴极反应（氧还原反应）过电位高,是影响电池性能的主要因素,所以如何提高电极反应效率,减小电极催化反应过电位,从而提高电池的能量效率已经成为了氢氧燃料电池的发展和应用过程中亟待解决的关键科学问题。此外,氧气是氢氧燃料电池反应物,所以,对氧气的来源和获得的研究具有重要的意义。研究表明,采用合适的电催化剂可以减小氧还原和析氧反应过电位,提高催化反应的速率,节省更多能源。（1）利用等离子体增强的原子层沉积（PE-ALD）法原位合成N-CoOx/CNTs电催化剂,用于氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）,这种制备方法简单易操作,而且反应温度相对较低（200℃）。实验结果表明:1、制备的N-CoOx较均匀地生长在CNTs上;2、碱性体系下利用旋转圆盘电极（RDE）和旋转环盘电极（RRDE）进行氧还原和氧析出测试均得到较好的电化学性能,分析得出,ORR是4电子反应,且性能与目前广泛使用的Pt/C催化剂相似。3、N-CoOx/CNTs的耐毒性测试表明,加入测试溶液甲醇后,其电流密度仅下降4%,而Pt/C下降20%。4、经过循环稳定性测试,相同条件下10000 s后N-CoOx/CNTs反应电流下降5%,而Pt/C下降11%。5、掺杂N后的氧析出反应的过电位为420 mV,而没有掺杂的CoOx/CNTs对氧析出反应的过电位则为455 mV。6、在电流密度为10 mA cm-2时进行稳定性测试,经过4.5 h后N-CoOx/CNTs反应电流仍然没有衰减。可以说明无论是对ORR,还是OER,N-CoOx/CNTs的电催化剂均表现出较优异的催化性能。（2）利用等离子体增强的原子层沉积（PE-ALD）法原位合成CoOx/FeOx/CNTs异质电催化剂。实验结果表明:1、两层过渡金属氧化物均匀地依次生长在CNTs上,并且分散性较好。2、在电解液为0.1 M KOH条件下进行OER测试,CoOx/FeOx/CNTs具有较好的电催化活性,在电流密度为10 mA cm-2处的过电位只有308 mV,相较于单独的金属氧化物性能分别提高了84 mV（CoOx/CNTs）和98 mV（FeOx/CNTs）。3、CoOx/FeOx/CNTs样品在电流密度为10 mA cm-2时进行稳定性测试,经过9 h后反应电流仍然没有衰减,而目前使用较为广泛的商业化RuO2催化剂下降10%,可以说明两种过渡金属氧化物的OER稳定性较好。证明形成异质结的复合金属氧化物拥有优异的OER性能和稳定性。（3）采用原子层沉积（ALD）法及水热法制备TiO2/Co3O4/Ti电催化剂样品。采用稳定性强的Ti箔作为基体,一方面可以作为自支撑型催化剂材料,使用时避免添加粘结剂;另一方面,金属基底能够有效提高电子的传递速率,提高电催化剂的催化活性。同时,在材料表面生长一层无定型的TiO2,能够保证材料在催化的过程中不发生脱落和团聚。实验结果表明:1、XRD、SEM和TEM等表征手段证明采用水热法在基体上成功制备出了Co3O4三维阵列,用ALD在阵列表面生长一层无定型的TiO2。2、在电解液为0.1 M KOH条件下采用电化学表征手段对材料的OER性能进行表征,所制备的催化剂具有较优异的电催化性能,尤其是循环稳定性,经过18 h的循环测试,包覆有TiO2的电催化剂性能基本没有下降,而未包覆TiO2的电催化剂在5 h后,电流密度下降到起始电流密度的75%。