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全球能源需求的日益增长和环境问题的不断恶化,促使全世界大力发展绿色新能源。在众多新能源技术设备中,金属空气电池作为高效的电化学能源转化和存储装置受到广泛关注。其中,锌空气电池能量密度高、环境友好和成本低廉,具有可充电形式,因此被认为是很有前景的新能源转换装置。然而,锌空气电池充放电时阴极发生的氧还原（ORR）和氧析出反应（OER）动力学缓慢,致使其能量转换效率低和稳定性较差,进而阻碍了其大规模商业应用。而已知提高氧还原和氧析出性能的最佳催化剂主要是贵金属基（Pt、Ir、Ru及其合金）材料,其成本高、储量少及耐用性差的缺点使得它们难以广泛应用于锌空电池中。所以,开发高效、稳定、廉价的氧电催化剂应用于锌空电池成为当前科研的热点之一。碳基材料具有高电导率和比表面积等优点,在电化学应用中显示出巨大的潜力。本论文基于碳基材料开发设计了一系列高效、稳定的氧还原、氧析出双功能电催化剂,并进一步探究了其应用于锌空气电池的实际性能。主要工作内容如下所述:一、以表面修饰羟基的碳纳米管为基体,复合液态聚丙烯腈（LPAN）制备了含铁、钴的碳基电催化剂。利用LPAN的流动性和含氧官能团间的相互作用,掺杂过渡金属,均匀包覆于碳纳米管,通过低温复合和高温热解两步反应,得到了具有Fe/Co-N-C活性位点的复合材料ANT-CNT-FeCo。在0.1 M KOH电解液中,该催化剂材料电压差△E(=EJ=10-E1/2)仅为0.77 V,表现出了优异的ORR、OER双功能催化活性。二、采用廉价的导电炭黑为原料,以植酸为磷源,LPAN作为S、N掺杂剂和前驱体,通过预氧化和高温热解合成无金属双功能催化剂P/ANT/C。为进一步增加该催化剂的活性以及稳定性,加入过渡金属钴,制备了Co,P/ANT/C催化剂材料。经XPS等表征发现,加入Co元素会影响材料中N、C的掺杂比例以及掺杂构型;另一方面,较大的比表面积和多孔结构都对材料的性能有显著地促进作用。该材料在电化学测试中的性能令人满意,具有潜在的应用价值。三、鉴于ANT-CNT-FeCo和Co,P/ANT/C高效且稳定的ORR、OER催化性能,我们将其应用于自制液态锌空气电池,进一步探究这些催化剂的实际应用价值。在一次电池的测试中,二者均表现出700 mAh g-1（Zn）左右的比容量。在可逆电池的循环充放电测试中,具有49%以上的往返效率,与商业Pt/C和Ir/C混合催化剂相比,展现出更出色的充放电性能和更好的稳定性。本论文所制备的ANT-CNT-FeCo和Co,P/ANT/C制备简单、高效稳定、成本低廉、容易量产,是很有应用前景的高效锌空气电池催化剂。