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近年来,人类面临的能源危机及环境污染等问题日益严峻,可持续新能源的开发势在必行。燃料电池被视为可以缓解能源危机的方法之一,它能将燃料化学能直接转换为电能,且能量转化效率高,环境污染小。然而其放电时阴极发生的氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)动力学过程缓慢,影响着电池本身的性能和寿命。传统的商业贵金属催化剂如金属铂(Pt)及其相应的纳米材料催化剂存在着价格高昂,稳定性差,耐久性低等问题,阻碍了电池的广泛商业化。因此,开发环境友好,廉价高效的新型燃料电池催化剂具有重大意义。本文围绕新型催化剂的开发及电催化性能研究,为廉价高效过渡金属硫族化合物催化剂的进一步研究提供理论支持和新思路。主要内容如下:(1)实验表明,在前体中引入铜离子并进行水热硒化和退火,最终产物的主要晶相由正交晶型二硒化钴(Orthorhombic CoSe2,o-CoSe2)转变为了单斜晶型四硒化三钴(Monoclinic Co3Se4,m-Co3Se4),且最终产物氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)复合碳基底负载的m-Co3Se4纳米棒(Cu-14-Co3Se4/GC)显示出了较相变之前大幅提升的氧还原反应(ORR),析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)及析氢反应(Hydrogen evolution reaction,HER)电催化性能,这也是关于Co3Se4基纳米材料用于高效ORR催化,并同时实现ORR,OER,HER三功能催化的首次报道。DFT(Density functional theory,DFT)计算结果也证明了 m-Co3Se4具有较o-CoSe2更高的本征电催化活性。本工作的结果提供了硒化钴结构变化与性能之间的相互关系,证明硒化钴结构调节的重要性,也为过渡金属硫族化合物多功能电催化剂的开发开辟了一条新途径。(2)以 ZIF-67(Zeolitic Imidazolate Frameworks)为模板生长的钴硫脲树脂(Co-TEFR)为前驱体,经氯化钠(NaCl)盐封进行高温处理。煅烧过程中,沿结晶体界面形成了负载八硫化九钴(Co9S8)颗粒的氮硫共掺杂碳纳米片(Co9S8/NSC)。氧还原测试表明,该产物具有与商业Pt/C相接近的性能以及优于Pt/C的稳定性,活性物质Co9S8以及氮硫共掺杂的二维碳片协同作用,对样品高ORR活性的实现至关重要。本工作为廉价高效过渡金属硫族化合物催化剂的制备提供了新的思路。