基于倍半硅氧烷插入石墨烯组装硫化钼结构材料氧还原反应性能的研究文献综述

文献综述

课题研究的现状:

全球能源需求的增长以及随着经济发展使用传统能源而引起的全球气候，环境和社会问题的严峻风险吸引了很多研究人员关注清洁高效的节能和储存设备。作为清洁和先进的电化学技术，燃料电池和金属-空气电池可能是最佳选择。在这些电化学应用中，阴极的氧还原反应（ORR）起着关键作用。但由于特别高的O=O键能和多电子转移，ORR动力学相当缓慢，不可避免地导致能量效率严重损失。铂及其合金被广泛认为是最有效的ORR电催化剂。但是，到目前为止，它们的大规模工业化和商业化应用一直受到几个严重问题的限制，包括成本高和稀缺性，以及技术瓶颈，如稳定性差和毒性等。降低成本和提高燃料电池性能有两种方法：用适当的非贵重催化剂替代铂和优化燃料电池设计以预测和理解发生在电池内部的现象^[1]。因此，为了消除所有这些困难，开发低成本，稳定和高效的非贵金属催化剂（NPMC）替代品非常重要^[2]。

近年来，纳米碳载体材料（如石墨烯）作为催化研究的主要焦点已变得越来越流行。此外，用氮，磷和硼等元素掺杂石墨烯可以提高催化性能。特别是近期有关硫的研究已经产生了令人印象深刻的铂基催化剂^[3-4]。这种掺杂技术已被进一步观察到提高了催化剂的寿命，这可以认为是由于加强的金属-载体键防止了金属物质的破裂^[5]。因此，如本文所述，掺杂了硫化钼的石墨烯成为低成本，稳定和高效的非贵金属催化剂（NPMC）有很大的希望。

发展趋势：

科学家迫切的希望通过石墨烯来开发出一种新能源电池，然而纯粹的石墨烯并不适合直接用于燃料电池的阴极催化剂，所以科学家对石墨烯进行了改性研究，主要发展趋势为以下几点：1.改性石墨烯（掺杂型石墨烯，表面修饰石墨烯）直接作为阴极催化剂； 2.改性石墨烯作为载体制备催化剂。不断优化改性石墨烯的结构是以后石墨烯催化剂研究的主要发展方向。

课题研究意义及价值：

改性石墨烯具有良好的导电性能及氧还原反应催化活性，本课题旨在研究一种以改性石墨烯为载体的低成本，高性能的非金属/改性石墨烯阴极催化剂，用于取代常用的铂基催化剂从而降低燃料电池成本和提高其氧还原反应活性。