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21世纪以来,化石燃料的过度开发和不合理利用及能源短缺问题已严重影响人类的社会生活,寻求绿色清洁的可再生能源迫在眉睫。燃料电池,作为一种绿色环保的可再生能源获取方式,越来越受到研究者们的关注。氧还原反应(ORR)是大多数燃料电池的阴极反应,目前已经得到实际应用的Pt/C催化剂价格昂贵,且长效稳定性不理想,限制了燃料电池的大规模应用。因此,设计出可以替代Pt/C的新型氧还原反应催化剂已成为亟需解决的关键问题。钙钛矿型氧化物具有廉价易得、结构稳定、组成灵活可变及氧气利用率高等优点,具有非常好的应用前景。但目前的研究中,对钙钛矿型氧化物较低的氧吸附能力和导电性等方面的调控对其ORR活性的提升比较有限。因此,我们考虑将钙钛矿型氧化物与其他材料(如碳材料、g-C3N4等)进行复合,从提高导电性与改善氧气吸附能力两方面入手,提升其ORR性能。基于以上研究思路,本论文从以下两方面展开: Ⅰ.碳复合钙钛矿型氧化物催化氧还原反应(ORR)性能研究: 以钙钛矿型氧化物LaMnO3为基础,选取酚醛树脂为碳源,制备了不同碳含量的复合钙钛矿型氧化物,研究表明,LaMnO3与碳之间确实存在相互作用,并且两者通过Mn-O-C的方式键合。碳复合后LaMnO3催化氧还原反应活性和氧气利用率都有显著提升,当酚醛树脂的量为10mg时,催化性能达到最优。研究结果还进一步证实,在催化氧还原反应过程中,氧气优先选择吸附在碳上并被还原生成中间产物H2O2,之后被有效传递给LaMnO3进一步完全还原,碳的高氧气吸附能力一方面使得氧气分子在催化剂表面的吸附过程加快,另一方面使得LaMnO3表面的活性位主要完成中间产物H2O2的还原,二者的分工协作是复合物氧还原催化性能提升的主要原因。 Ⅱ.钙钛矿型氧化物-g-C3N4复合物催化氧还原反应(ORR)性能研究: 选取g-C3N4与钙钛矿型氧化物LaMnO3进行复合,制备出一系列不同组成的LaMnO3-g-C3N4复合物,g-C3N4解决了前一部分工作中碳的复合过程会导致钙钛矿型氧化物易于相分离的问题,复合后LaMnO3的晶体结构得到良好保持。研究表明,复合物中两组分之间通过Mn-O-C方式结合,这种作用可能使得部分大的卷曲片状形貌的g-C3N4破碎成小片,并结合在LaMnO3颗粒的表面。ORR活性测试表明,g-C3N4与钙钛矿型氧化物复合确实能提高其ORR活性,并获得高的氧气利用率,部分O2会优先在g-C3N4上发生吸附-活化并生成中间产物H2O2,该中间产物进一步传递到LaMnO3表面发生完全还原,O2在g-C3N4上发生吸附-活化使得LaMnO3表面活性位全部用于H2O2的还原,抑制了中间产物过氧化氢的积累,提升了催化性能。