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1. 研究目的与意义（文献综述）
人类的可持续发展正面临着严峻的能源与环境问题，利用光能或电能将水分解成氢气和氧气是解决这些危机的有效方法。然而水分解产氧动力学瓶颈一直制约着光或电催化水分解效率的提高。1.1国内外研究现状纳米材料的定义是晶粒结构或者组成相的长度不大于一百纳米的材料，当物质至少有一个维度处于纳米尺度内时，就会产生表面效应、电磁效应、以及量子霍尔效应，纳米材料相对于传统材料具有相当大的优势。纳米材料与块体材料相比，它的比表面积较高，因此活性位点能更加充分地暴露出来，并且电解溶液与活性位点之间能够进行更加充分地接触，从而使得催化反应效率提高。因此电催化是当前纳米材料领域和催化领域的研究热点，与能源和环境息息相关。由于目前最先进的电催化剂是基于贵金属的材料，但稀缺性高成本阻碍了它们的广泛应用，因此将目光投向非贵金属催化剂，但是非贵金属电催化材料的耐久性难以令人满意。如何提高非贵金属催化剂的活性和稳定性是面临的主挑战，目前通过形貌调控和磷化、硫化等来解决这一问题的工作，已经得到广泛且系统的研究。纳米催化剂的种类多种多样，目前比较成熟的有：金属纳米催化剂、过渡金属氧化物催化剂、分子筛催化剂、纳米膜催化剂。其制备方法的研究也主要集中于气相凝聚法、溅射法、机械研磨法、等离子体法等物理制备方法；以及热分解法、还原法等化学合成法。贵金属 Pt 基催化剂被一直认为是目前最优秀的电催化剂，然而它的成本昂贵，且储存量在全球范围内都是有限的。一些与Pt组成的合金金属例如Pd， 虽然可以降低 Pt 的用量，但是仍然摆脱不了贵金属。所以，寻找非贵金属催化剂代替 Pt 基贵金属，以减少对Pt金属的依赖，才是解决这一问题的根本途径。另外一方面， 由于长时间的稳定性和抗腐蚀性仍然是大难题。燃料电池设备在测试环节中， 虽然阴极催化剂 Pt 的含量高达 0.4 mg·cm -2 ， 但是催化剂的稳定性还是没有达到电池商业化应用的标准。 因此，如何减少阴极Pt含量的成本， 又不降低电池的性能和稳定性也是众多电催化剂研究者的目标。为了解决上述问题， 许多研究者开始寻求有效的非贵金属催化剂。 在过去的十几年里， 材料科学与技术的发展促使了非贵金属催化剂的设计和合成取得了显著的成果。当前，非贵金属催化剂主要被开发出的有铁基/石墨烯催化剂、钴基/石墨烯催化剂、镍基/石墨烯催化剂、铜基/石墨烯催化剂。但是非贵金属电催化材料的耐久性难以令人满意。如何提高非贵金属催化剂的活性和稳定性是面临的主挑战，目前通过形貌调控和磷化、硫化等来解决这一问题的工作，已经得到广泛且系统的研究。1.2当前工作的研究意义通过上一小节的综述可以看出，综合评判各类催化剂的优缺点以及成本考虑，本研究主要通过磷化、硫化表面处理的方法优化各类非贵金属催化剂的性能与制备方法。其中，中空纳米片自组装结构，由于可以暴露出更多表面，提高原子催化利用效率，优化活性位点以及以及界面电化学反应的活性晶格面，同时，个体的组装构成一个交错、传导和高度多孔结构，其有利于有效传质，高导电性和结构稳定性。基于前期相应工作与探索，本课题主要以作为研究对象。此外，在材料表面进行磷化或者硫化，不仅可以形成表面结构缺陷，同时可以起到调节金属表面原子电荷分布的作用，对电催化性能的调节起到一定促进作用。因此，本课题将主要集中在非贵金属基中空纳米片自组装结构催化剂的设计与制备，性能与结构、组分关系的研究上。探索、设计并制备非贵金属基中空纳米片自组装结构，并设计方案、准备实验，探索非贵金属基中空纳米片自组装结构的合成及形貌控制条件。为优化各类非贵金属催化剂的性能与制备方法提供可靠的理论支持与合理的手段。
2. 研究的基本内容与方案
本课题将主要集中在非贵金属基中空纳米片自组装结构催化剂的设计与制备，性能与结构、组分关系的研究上。
其基本内容包括：（1）探索、设计并制备非贵金属基中空纳米片自组装结构。
（2）在催化材料表面进行磷化或者硫化等表面处理，形成表面结构缺陷，起到调节金属表面原子电荷分布的作用，最终对电催化性能的调节起到一定促进作用。
3. 研究计划与安排
第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。
第4-7周：按照设计方案进行准备实验，探索非贵金属基中空纳米片自组装结构的合成及形貌控制条件。
第8-11周：采用xrd、sem、xps、tem及电化学工作站等进行形貌结构与性能的表征。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 刘昭林. 有机电化学中的电催化. 现代化工. 1993,(12):40~42
[2] y. nie, l. li, z.d. wei. recent advancements in pt and pt-free catalysts for oxygen reduction reaction. chemical society reviews. 2015,44(8):2168~2201
[3] t.s. olson, s. pylypenko, s. kattel, etc. selectivity of cobalt-based non-platinum oxygen reduction
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