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日益增长的能源需求已经激发了人们对新型可再生能源转换和储存系统的极大兴趣。阴极上的氧还原反应(ORR)在燃料电池中起着决定性作用，而阳极上的氧析出反应(OER)则是水分解和燃料合成的重要反应。然而，这两种反应都是复杂的多电子转移过程，导致缓慢的动力学。因此，在可再生能源技术（如金属空气电池、燃料电池和电解水装置）中，都需要对ORR和OER具有高活性的双功能催化剂，新型电催化剂的开发是这些领域未来发展的关键。目前，所研究的ORR和OER的高效电催化剂为Pt、Ir和Ru等贵金属。然而，除了材料的稀缺性阻碍了其大规模应用外，相关催化剂的稳定性也较低。因此，寻找一种基于非贵金属的高效、稳定的双功能催化剂已成为当务之急。各种非贵金属材料，如氧化物、硫化物、和硒化物对ORR和OER表现出良好的催化活性。本文制备了钴基复合材料催化剂，并进行电化学测试，评估所得催化剂在氧电极反应中的双功能性能。主要内容如下:
首先，通过水热法得到了前驱体，然后将前驱体和硫粉以一定比例进行低温煅烧，得到多孔纳米片CoS/CoO异质结催化剂。采用SEM和TEM得到CoS/CoO呈二维多孔纳米片状结构，厚度较薄，BET证明CoS/CoO具有较大的比表面积；XPS数据表明CoS/CoO中Co为二价，同时CoS和CoO之间存在电子的相互转移。电化学测试结果显示，相较于单独的CoS和CoO，CoS/CoO的ORR和OER的活性明显提高，并且展现出了较好的稳定性。双功能电位差为0.73V，低于CoS和CoO。CoS/CoO催化活性的提高主要是由于：1.比表面积大利于活性位点的暴露；2.CoS和CoO之间的协同作用。
其次，在水热条件下，先后合成了前驱物和与葡萄糖聚合物。然后对聚合物进行高温煅烧处理，得到中间产物，即三维结构的碳膜包覆的钴纳米颗粒（Co@GC），随后将中间产物和硫粉一同放置于管式炉中进行煅烧后得到三明治状碳膜包覆的CoS2纳米颗粒，记为CoS2@GC。实验结果表明，CoS2@GC的OER和ORR性能明显高于未经硫化的Co@GC，在碱性条件下，CoS2@GC的半波电位高于Pt/C(~10mV)，极限扩散电流为-5.54mA cm-2,并且ORR反应路径为4e-过程。对于OER测试，在电流密度为10mAcm-2时，过电势较小（~330mV）。CoS2@GC的双功能电位差为0.65V。因此，通过简单方法制得的钴基金属复合材料具有高活性和稳定性，可以作为替代贵金属的选择。
首先，通过水热法得到了前驱体，然后将前驱体和硫粉以一定比例进行低温煅烧，得到多孔纳米片CoS/CoO异质结催化剂。采用SEM和TEM得到CoS/CoO呈二维多孔纳米片状结构，厚度较薄，BET证明CoS/CoO具有较大的比表面积；XPS数据表明CoS/CoO中Co为二价，同时CoS和CoO之间存在电子的相互转移。电化学测试结果显示，相较于单独的CoS和CoO，CoS/CoO的ORR和OER的活性明显提高，并且展现出了较好的稳定性。双功能电位差为0.73V，低于CoS和CoO。CoS/CoO催化活性的提高主要是由于：1.比表面积大利于活性位点的暴露；2.CoS和CoO之间的协同作用。
其次，在水热条件下，先后合成了前驱物和与葡萄糖聚合物。然后对聚合物进行高温煅烧处理，得到中间产物，即三维结构的碳膜包覆的钴纳米颗粒（Co@GC），随后将中间产物和硫粉一同放置于管式炉中进行煅烧后得到三明治状碳膜包覆的CoS2纳米颗粒，记为CoS2@GC。实验结果表明，CoS2@GC的OER和ORR性能明显高于未经硫化的Co@GC，在碱性条件下，CoS2@GC的半波电位高于Pt/C(~10mV)，极限扩散电流为-5.54mA cm-2,并且ORR反应路径为4e-过程。对于OER测试，在电流密度为10mAcm-2时，过电势较小（~330mV）。CoS2@GC的双功能电位差为0.65V。因此，通过简单方法制得的钴基金属复合材料具有高活性和稳定性，可以作为替代贵金属的选择。