单原子催化剂的可控制备及电催化性能研究开题报告

全文总字数：5254字

1. 研究目的与意义（文献综述）

进入21世纪以来，伴随着社会的高速发展和科技的不断进步，化石能源的消耗日益加剧，能源危机与环境问题日益严重，寻找可持续可再生的绿色能源已迫在眉睫。而到目前为止，可持续发展的一个重要组成部分是电化学储能和转换装置，最典型的例如燃料电池。在这些装置中，电催化剂扮演着重要的角色。电催化剂材料的开发程度与性能高低在一定程度上决定了这些装置的性能与发展上限。虽然近年来的研究已经着眼与电催化剂材料的研究，但其进一步的发展及其电化学性能仍然是一个挑战。

传统催化剂材料分为均相和非均相催化剂，但两者均未达到绿色化学的要求。其中，金属基纳米材料是非均相催化剂的主要类别，其研究推动了纳米科学和工业应用的发展。对其而言，改善反应选择性和进一步提高反应活性是提升材料性能至关重要的两个方面。近几年出现的单原子材料是将金属纳米簇的尺寸减小到单原子的尺寸，减小金属纳米粒子的尺寸会获得更大的表面积和量子尺寸效应，从而有效地提高其原子利用率和电催化性能，因此期望将金属纳米簇的尺寸减小到被支撑的单原子的尺寸,实现在原子水平上调整结构来提高原子利用效率和电催化性能。同时，因为其结构明确单一，所以可以为改善反应选择性及明确催化反应机理提供巨大帮助。由此，单原子催化剂（sacs）引起了人们对非均相催化领域的兴趣。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

材料制备：本课题采用简易和高效的可控置换和热蒸发策略，设计并构筑钴和铋单原子催化剂。

3. 研究计划与安排

3．进度安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的项目背景，材料合成机理、材料表征手段。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：按照预定的方案构筑不同类型石墨基负载单原子结构的电催化剂的可控制备，并且对其进行xrd和sem等物相和形貌的表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] c. zhu, s. fu, q. shi, etal. single-atom electrocatalysts[j]. angew chem int ed engl. 2017, 56(45):13944-13960.

[2] s. ji, y. chen, q. fu, etal. confined pyrolysis within metalorganic frameworks to form uniform ru-clusters for efficient oxidation of alcohols [j]. j. am. chem. soc. 2017, 139 (29):9795–9798.