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锂-空气电池因为其理论比能量密度高,被认为是极具应用前景的动力电池。但是缓慢的氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER)导致高过电压,从而阻碍了其发展和应用。发展ORR/OER双功能催化剂是提高的锂-空气电池性能的有效途径。有机生物废弃物的再利用,特别是在能源材料领域的应用,不仅可以减少对自然环境的破坏,而且能促进能源的可持续发展。本文主要以有机生物废弃物为前驱体,经过简单步骤,得到一系列新型碳材料,并研究了它们的ORR/OER催化性能。以棉布为原料,采用浸渍和热解等方法合成了 Co掺杂的Co-C和Co-N/C系列碳材料催化剂。这些催化剂是具有面心立方形金属钴和六角密堆积型金属钴的复合材料。在0.1MKOH电解液中,这些催化剂都表现出较好的ORR和OER催化活性。其中Co(1)-700-urea(7%)表现出最好的ORR 性能,半波电势为-0.166V(vs.Ag/AgCl)。而 Co(1)-700-urea(10%)表现出最佳的OER性能,在10mAcn-2处的电势为0.784V。金属钴元素和氮元素双掺杂提高了多孔碳材料的ORR和OER电催化活性。以大豆蛋白为原料,采用浸渍法和水热法合成了 Spi-M(M=Fe,Co,Ni,Fe/Co,Fe/Ni)和Spi-M-NH3(20%)系列碳材料催化剂。这些催化剂是具有金属单质,金属化合物或者金属氧化物的复合材料。在0.1MKOH电解液中表现出较好的催化活性。其中Spi-Fe/Co-NH3(20%)表现出最好的ORR反应活性和稳定性,其半波电势为-0.198V,而Spi-Fe/Ni具备最佳的OER反应活性和稳定性,在10 mAcm-2处的电势为0.745 V。双金属掺杂提高了多孔碳材料的ORR和OER电催化活性。以紫菜为前驱体,通过水热和热解法合成了 CNTs-NH3-700和CNTs-NH3-800系列碳材料催化剂。这些催化剂具有中空状纳米管的线性结构。在0.1MKOH电解液中,CNTs(0.05)-NH3(20%)-700表现出最好的ORR性能,半波电势为-0.208 V。而CNTs(1)-NH3(20%)-700表现出最好的OER性能,在2 mA cm-2处的电势为0.740 V。可见碳纳米管和氮元素掺杂对ORR性能的促进作用优于OER性能。