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苯酚(如邻苯二酚和对苯二酚)已被中国、美国、欧盟列为优先污染物。化石能源过度使用,导致资源枯竭并加剧温室效应,全社会迫切对清洁能源开发和使用。因此,“绿色、经济、便捷、灵敏”的苯酚污染物监测方法和“洁净、高效、廉价”的电化学能源转化和存储技术开发已成为环境科学、能源科学和材料科学共同关注的重要领域。 本文旨在研发新型电化学传感器材料和电催化氧还原催化剂,通过对材料的设计、制备、功能化进行系统研究,得出以下结论: (1)通过溶剂热法合成Zn-MOF-74,将其作为模板和前驱体,在惰性气体保护下,热处理制得多孔碳材料,修饰玻碳电极。该修饰电极同时检测邻苯二酚(CC)和对苯二酚(HQ)。在0.50-80μmol/L范围内,CC和HQ的浓度与氧化峰电流呈现良好的线性关系;CC和HQ的检测限分别为0.031μmol/L和0.11μmol/L。 (2)以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,通过简单回流法制备纳米CoII-IRMOF-3,以此为模板,于Ar气保护下,热处理制得形貌尺寸可控、分散性好的Co/N/C纳米杂化材料。将材料应用于碱性条件的氧还原反应性能测试。结果表明电催化活性良好,起始电位和半波电位分别为0.91 V和0.76 V;长期循环稳定性优于商业化Pt催化剂。 (3)应用热解法,即在氩气保护下热处理FeIII-IRMOF-3,制备Fe、N共掺杂多孔碳杂化材料(Fe/N/C)。该材料形貌可控、元素分布统一、孔尺寸分布狭窄,且方法简单、廉价,产量高。Fe/N/C杂化材料被用于碱性条件下的电催化氧还原测试。结果证明,该材料氧还原性能优异,起始电位(0.93 V)和半波电位(0.78 V)高、稳定性突出。这归因于Fe/N/C杂化材料比表面高、孔尺寸分布狭小、多种活性成分共存和高暴露协同催化作用的结果。