随着石油等不可再生资源的日益枯竭及气候变化等环境问题的日益突出,燃料电池、金属空气电池等绿色能源技术受到了越来越多的重视。这种技术的关键因素之一是氧电极,其上发生的ORR与OER反应的快慢又主要取决于电极催化剂,所以催化剂的优劣直接影响绿色能源技术的发展。目前最好的ORR催化剂是Pt,但其价格昂贵、OER催化性能又差,所以人们致力于研究经济适用、简便易得、ORR与OER催化性能同时表现良好的双效催化剂,尖晶石型氧化物正符合这个特点,因而是人们关注的一个热点。下面是本文的主要内容。(1)探索最佳制备方法及条件。先后利用草酸铵共沉淀法、硝酸钠热分解法、硝酸盐混合锻烧法及牺牲模板法进行制备实验,同时利用XRD、SEM、TEM等方法表征其特性结构,发现以碳球为模板的牺牲模板法制备出的样品尺寸最小、形貌最好,接着又通过XPS、EDS、结构精修等表征手段确定了样品的元素组成、元素分布及晶格结构等,成功制备了四元尖晶石型过渡金属氧化物CoCuMnO4。(2)电化学分析。利用三电极体系的电化学测试系统,考察以牺牲模板法制备出的纳米N-CoCuMnOx的电催化性能,并与块材P-CoCuMnOx和商业Pt/C对比,分析得到的循环伏安曲线、极化曲线、K-L曲线以及稳定性曲线等实验结果。ORR过程中,不管是纳米尺度还是微米尺度,CoCuMnOx的极限电流密度都高于或者接近于商业Pt/C,说明CoCuMnOx的ORR催化性能不错,尤其是纳米尺度的CoCuMnOx,性能要远远超过商业Pt/C;另外,通过K-L曲线计算电子转移数,发现N-CoCuMnOx与商业Pt/C都是以4电子过程为主,表现出了最佳的氧还原性能。OER方面,N-CoCuMnOx的表现也是最好的,首先它的起峰电位最低,相同电位下电流密度也是最大的,证明了 CoCuMnOx的OER催化性能要远远优于商业Pt/C。最后,稳定性方面,不管是ORR过程还是OER过程,N-CoCuMnOx的表现都是最好的,尤其在ORR过程中,10000s时其电流仅下降了不到10%,远远优于商业Pt/C的表现。本文的制备方法简便易行,成本低廉,产物也表现出了优异的ORR 与OER双效催化性能,有替代Pt催化剂的潜质,有可能被投入到大规模商业应用中。