【摘 要】
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对清洁能源的研究和开发是当今社会的热点问题,利用生物废弃物为前驱制备各种碳材料能够有效避免资源浪费,降低碳材料的生产成本,促进可持续发展,所制备的掺杂碳材料可用于燃料电池催化剂,超级电容器电极材料等,对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用,受到了科研人员的广泛关注。本文利用生物废弃物荻花为碳前驱,在KOH溶液中进行水热预碳化处理,然后经过真空碳化处理和后续的氮掺杂过程,最终制得了具有3D多级
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对清洁能源的研究和开发是当今社会的热点问题,利用生物废弃物为前驱制备各种碳材料能够有效避免资源浪费,降低碳材料的生产成本,促进可持续发展,所制备的掺杂碳材料可用于燃料电池催化剂,超级电容器电极材料等,对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用,受到了科研人员的广泛关注。本文利用生物废弃物荻花为碳前驱,在KOH溶液中进行水热预碳化处理,然后经过真空碳化处理和后续的氮掺杂过程,最终制得了具有3D多级孔结构的氮掺杂多孔碳材料。其中C-A-N具有高的比表面积(1347 m2?g-1)和有效的N掺杂（3.83%）,用于氧还原催化剂在碱性电解液中达到和Pt/C（20 wt%）相当的催化活性和更高的稳定性,其半波电位可达到0.83 V（vs.RHE）,反应电子数近似等于4。经过10000s的i-t测试后,极限电流仅仅衰减了6%,具有高的电化学稳定性。C-A-N用作超级电容器电极材料也展示了优异的性能,在1 A?g-1电流密度下的比电容可达436 F?g-1,经过2000圈的循环测试后,其比电容值仅衰减了4%.为了进一步提高材料的氧还原催化活性,本文在醋酸钴水溶液中对生物废弃物荻花进行了水热处理,然后经过后续的与三聚氰胺混合高温热处理的一步氮掺杂和碳化过程,最终制备了具有核壳结构的以氧化钴为壳金属钴为核,钴氮共掺杂的多孔碳复合材料CoO@Co/N-C。其中C-Co0.2-N-800在碱性电解液中表现了优异的氧还原催化性能,半波电位E1/2=0.85V（vs.RHE）,并且还具有良好的析氧反应催化活性和高的稳定性,电流密度为10 mA?cm-2时所对应的过电位为340 mV。C-Co0.2-N-800作为双功能氧电极催化剂也表现了优异的性能,析氧反应电流密度为10 mA?cm-2与氧还原反应电流密度为-3 mA?cm-2之间的电势差ΔE为0.82 V。
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