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可再生能源(诸如风能、水能和太阳能等)的发展虽然减缓了能源危机,但是它们仍然存在能源输出不稳定、利用率低以及受到地域限制等诸多缺点。如何将这些能源有效地储存并利用起来成为了最重要的研究课题,由此衍生了一系列新型的电池系统。高功率并且清洁无污染的可再生碱性燃料电池是其中最有潜力的代表之一,但是其阴极双效氧催化剂却成为了电池发展的最大瓶颈,尽管贵金属催化剂具备优异的催化活性,但是含量稀少、价格昂贵而无法实现大规模使用,人们迫切需要一种高效稳定并且廉价的双效氧催化剂。本文围绕可再生燃料电池的双效氧催化剂,以过渡金属钴、锰元素作为研究对象,从单元金属氧化物的双效氧催化活性开始,通过金属掺杂、碳载体的复合、氮元素的掺杂等一系列双效氧催化剂的改进策略,不断提高催化剂双效氧催化活性的同时剖析了每一步骤对于双效氧催化活性的影响。对于氮掺杂碳基钴锰氧化物复合材料中各种双效催化活性的影响因素进行了全面的分析。最初氧气析出反应(OER)性能优异但是氧气还原反应(ORR)性能欠佳的钴氧化物,通过锰掺杂后成为了具备双效氧催化活性的二元钴锰氧化物,其中锰元素的掺杂改变了钴氧化物的电子结构从而促进了双效氧催化活性。金属氧化物的导电性低是制约其双效催化活性的另一重要因素,通过比较不同的碳载体对于钴锰氧化物的氧催化促进作用,最终得到了双效氧催化稳定性以及活性最佳的钴锰氧化物/碳纳米管(CNT)复合催化剂。最后基于杂原子掺杂对于碳载体电催化性能的促进作用,合成氮掺杂的碳管作为载体然后负载钴锰氧化物并取得了更佳的双效氧催化活性以及稳定性。通过系统地探索不同的因素对于过渡金属氧化物双效催化活性的影响,最终得到了双效催化活性以及稳定性最佳的钴锰氧化物/氮掺杂碳纳米管(N-CNT)催化剂,在1mol/L的氢氧化钾溶液(KOH)测试条件下,其ORR的半波电势(E1/2)达到了 0.88V,OER 的 E10(10mA/cm2)仅为 1.61V。将其与 Fe-N-C型非贵金属催化剂进行比较,发现其双效氧催化性能优于Fe-N-C催化剂材料。本文中对于非贵金属复合催化剂的合成思路适用于其他双效催化剂的设计。