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氧气还原反应(ORR)是新能源储存与转换中涉及的重要电化学反应,由于其动力学过程缓慢,需要应用催化剂促进其反应过程,因而研究低廉高效的ORR催化剂具有实际的应用价值。Metal-free多孔炭材料由于具有良好的电催化活性和稳定性,且来源广、成本低,被认为是最有可能替代Pt/C的电催化材料之一。植物类生物质,不仅含有大量的氮和碳,而且其具有丰富的营养运输通道,是制备氮掺杂多孔炭良好的模板。因此,制备植物基氮掺杂多孔炭材料,对开发低廉高效的ORR电催化剂具有重要意义。本论文取得的主要研究结果如下:(1)以废弃的柚子皮为原料,首先将其在超盐环境(NaCl,ZnCl2和FeCl3的过饱和溶液)中常温浸渍处理,然后再经高温炭化和活化,制备出柚子皮基氮掺杂多孔炭。通过对多孔炭的形貌、结构及电催化活性的表征,最终确定了其最佳炭化和活化的制备条件。与常规的热解炭化方法相比,超盐处理得到的柚子皮基炭具有较高的比表面积(3092.26m2g-1),含氮量(2.81%N/C),并且具有良好的ORR催化活性(E1/2为0.86VvsRHE,JK为10.40mAcm-2),电化学稳定性及抗甲醇性能。其性能超过商业Pt/C催化剂。活性起源可以归因于柚子皮基炭较大的比表面积,较高的石墨化程度以及较高的氮含量。(2)以白萝卜为原料,采用上述相同的超盐处理+炭化+活化的方法,制备了萝卜基氮掺杂多孔炭。制备的萝卜基炭具有独特的六边形孔结构,比表面积为1595.42m2g-1,氮含量为2.92%(N/C)。其ORR电催化活性超过柚子皮基多孔炭和商业Pt/C催化剂。这种优异的ORR活性可归因于其独特的六边形孔结构。(3)分别采用商业炭黑、柚子皮基炭、萝卜基炭为载体,制备炭载氧化镧复合电催化剂。三种炭载氧化物中,萝卜基炭载氧化镧的活性最好,半波电位为0.90 V。复合催化剂的高ORR催化活性是由于炭与La203之间形成C-O-La共价键,通过此共价键,电子从炭转移到La203上,且占据La上未充满的eg轨道。填充的eg电子不仅能促进氧化物表面活性氧的吸附,而且可以促进溶液中吸附的表面氢氧化物(OH-ad)的脱附,从而促进ORR过程。本论文通过设计实现了一种新颖的,简单且绿色环保的路径制备氮掺杂多孔炭材料,探讨了其在燃料电池等领域中应用的可行性,为发展非贵金属基氧还原电催化材料提供了新的思路。