非贵金属氮掺杂碳材料的人工酶性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着不可再生燃料的持续消耗，能源短缺和环境污染等问题在全球范围内日益凸显，寻找并开发绿色清洁的能源转化和存储系统已变得十分重要。

燃料电池和金属空气电池可直接将化学能转化为电能，其具有转换效率高、污染排放低等优点，已受到高度关注。

在理想的燃料电池体系中，主要包括阴极、阳极和高分子膜等基本核心组成。

2. 国内外研究现状分析

一般，掺杂碳纳米材料的制备方法可分为高温处理（如热解、退火），化学气相沉积（cvd），电弧放电，等离子体和低温化学合成等。

对于高温处理，此方法的优点是有利于石墨化结构的形成，这有助于改善材料的导电性和电子传递。

然而，高温热处理过程中复杂的结构变化将会给催化活性位点的揭示带来困难。

3. 研究的基本内容与计划

（1）合成离子液体前驱物；（2）制备非贵金属M和N掺杂的碳材料；（3）优化前驱物/配体结构；（4）催化剂结构表征；（5）研究催化剂结构和性能间内在关系；（6）催化剂的小分子催化转化研究应用。

4. 研究创新点

掺杂的碳纳米材料通常具有极化的电子云分布、优异的电子传输性能、高的比表面积和稳定的结构。

采用非贵金属元素 m（fe、co 和 cu 等）和 n 掺杂的碳纳米材料（m-n/c），不仅可以保留碳纳米材料本身的一些特性，还可通过改变前驱体/配体结构等方式来调控 m 与 n 的电子和化学结构，从而实现对纳米碳材料相关性能的提升，使其具备和某些贵金属，例如，铂和钯，以及 m-n 配合物小分子类似的催化性能，并有望取代贵金属用于能源转化与多相有机催化等领域。

然而，系统地研究并建立前驱体/配体结构、m-n/c 结构与性能间内在联系仍是一个重大挑战，很大程度上限制了 m-n/c 的进一步发展。