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金属空气电池、燃料电池和电解水等电化学能量转换和存储技术的应用可以缓解严峻的资源环境等问题。这些技术主要涉及氧还原反应（ORR）、析氧反应（OER）、析氢反应（HER）和氢氧化反应（HOR）四个反应。常用的贵金属材料（如铂、铑和铱）尽管在上述反应中表现出优异的电化学性能,但原材料稀缺以及价格昂贵等因素限制了其在工业中的应用。因此,亟需开发高效、稳定且具有高效催化活性的非贵金属材料催化剂来满足工业应用。杂原子掺杂碳包覆过渡金属基催化剂具有高密度的活性位点和强组分间协同效应等优点,因此被广泛用于电催化反应中。本论文以杂原子掺杂碳包覆过渡金属材料为出发点,设计并合成了N掺杂多孔碳包覆钴催化剂和N、P共掺杂碳包覆磷化钴催化剂,并将其应用到ORR、OER和HER中。主要研究内容如下:（1）通过对多种前体进行溶胶-凝胶预处理和热解,合成了氮掺杂多孔碳包覆钴的复合材料（Co@NC）。溶胶-凝胶预处理可确保每种前体的高度分散,有利于形成均匀且高密度的活性位点。热解后,酸处理可以去除表面上未封装的Co纳米颗粒,从而形成多孔结构并提高催化剂的质量活性。得益于优异的合成策略,合成了具有大表面积,高活性位点密度（石墨氮,吡啶N和Co-Nx）的Co@NC-850。与商业Pt/C相比,Co@NC-850表现出更加出色的氧还原性能(E1/2=0.85 V vs.RHE),同时其还具有比商业Ru O2更高的OER活性(在10 m A cm-2下具有350 m V的过电势)。Co@NC-850的电势差ΔE(在10 m A cm-2时析氧电位与氧还原E1/2之间的差值)仅为0.73 V。与已开发的最新双功能氧电催化剂相比,Co@NC-850在双功能活性和耐用性方面具有明显的优势。（2）采用溶胶凝胶法对多种前体进行溶胶-凝胶预处理,通过两次煅烧制备了N、P共掺杂碳和碳纳米管包覆Co2P纳米颗粒的复合材料（Co2P@NPC）作为OER和HER电催化剂。其中,Co2P@NPC-800在析氧反应和析氢反应中均表现出优异的电化学活性（过电势分别为290 m V和149 m V）。优越的电化学活性可能归因于在Co2P@NPC-800中氮磷掺杂碳基底与钴磷化物活性位点之间的协同作用。