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随着国民经济和生活水平的逐渐提升,人们对新型能源经济的需求日益攀升,开发可持续清洁能源转换与存储装置是刻不容缓的。具有超高理论能量密度的金属空气电池因其环境友好、资源丰富和高安全性而引起了广泛的研究兴趣。然而,金属空气电池的空气电极ORR和OER迟缓的反应动力学,使其实际应用受到极大的限制。因此,构筑具有资源充足、导电性好、低成本、高活性和稳定的催化剂是当前研究的重心所在。本文采用不同的前驱体,通过简单的热解法,合成出三种不同的过渡金属修饰的碳基纳米复合材料。通过一系列表征技术,对所制备样品的形貌,组成和结构进行分析,并详细研究样品的形成机理。此外,对所制备的产品进行电催化活性、稳定性和锌空气电池的研究。主要内容如下:（1）石墨烯包覆的钴纳米颗粒嵌入多孔氮掺杂石墨碳纳米片复合材料的合成及其氧还原反应性能的研究采用g-C3N4和酞菁钴（CoPc）分别作为C源、N源和Co前驱体,通过简单的热解法,制备出石墨烯包覆的钴纳米粒子（NPs）嵌入多孔氮掺杂石墨碳纳米片复合材料（Co@G/N-GCNs）。所制备的催化剂具有优异的ORR活性(E1/2=0.86 V),良好的耐久性(2000圈循环后E1/2负移12 mV)和较强的抗甲醇性。其中,实验发现不同的热解温度对氧还原性能有重要影响。本研究为设计可用于能源存储与转化低成本的非贵金属催化剂提供了一种简单的策略。（2）N、S、P共掺杂分级多孔碳纳米片负载超小NiCoP纳米粒子复合材料的合成及其氧还原和析氧反应的研究采用硫脲、植酸（PA）、乙酸钴（CA）和酞菁镍（NiPc）作为前驱体,通过简单有效的热解,制备出N、S、P共掺杂的分级多孔碳纳米片负载超小NiCoP纳米粒子复合材料（NiCoP/NSP-HPCNS）。在0.1 M KOH中,NiCoP/NSP-HPCNS表现出显著增强的ORR性能(E1/2=0.84 V),极限电流密度（j）为6 mA cm–2,其性能优于商业Pt/C(E1/2=0.84 V;j=5.1 mA cm–2)。此外,该催化剂在1.0 M KOH中,具有优异的OER性能,10 mA cm–2电流密度下的过电位仅有299 mV。该研究为制备高活性、低成本双功能电催化剂提供了可行的方向。（3）一步热解制备三维多孔Co、N、P掺杂的碳纳米片高效的双功能氧催化剂及其在可充放锌空气电池的应用研究采用维生素B12（VB12）和g-C3N4分别作为Co、P和C、N前驱体,通过简单的热解,制备出三维Co、N、P掺杂的多孔碳纳米片（Co,N,P-PCNS）。所制备的催化剂在0.1 M KOH电解液中呈现出显著的ORR活性(E1/2=0.87 V),优于商业Pt/C(E1/2=0.84 V)。此外,该材料在1.0 M KOH介质中具有卓越的OER性能,在10 mA cm–2电流密度下的过电位仅有319 mV。Co,N,P-PCNS组装的可再充电锌空气电池在0.71 V的电压下可提供101.3 mW cm–2的功率密度,并且具有优异的循环稳定性。该研究为构筑低成本和高活性的双功能氧催化剂指明了新方向。