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1. 研究目的与意义（文献综述）
随着社会和经济的不断发展，粗放式消耗传统化石能源带来了一系列环境问题。开发可替代传统化石能源的能量转换和储存装置尤为重要。燃料电池被认为是可替代内燃机的高效率能源转换装置。但燃料电池阴极端缓慢的氧还原动力学反应严重制约其大规模应用。在化学和生物工业中，过氧化氢（H2O2）是重要的工业产品，也被认为是具有前景的能量携带者之一。传统工业制取过氧化氢的方法是蒽醌法，其原理是将烷基蒽醌和有机溶剂混合，而后在一定的压力和温度作用下，通入氢气氢化，再通入氧气进行逆流氧化，经过一系列的精馏、浓缩等化学过程后得到高浓度的过氧化氢。但蒽醌法需要在高碱度的溶液中进行，对环境损害巨大。开发基于电催化氧还原反应（ORR）的高效催化剂是解决上述问题的关键，ORR主要通过2e和4e反应路径进行，其主要产物分别为H2O2和H2O。
通过调整ORR的选择性反应路径可以有效控制反应产物，并应用于不同领域。传统的Pt等贵金属基催化剂主要按照4e反应路径进行，已被大规模商用于燃料电池的阴极催化剂。和4e路径相比，2e路径最大的差异是O-O键是否断裂。因此，贵金属合金是最早被用来作为2e氧还原催化剂的一类材料，主要包括Au-Pd，Pt-Hg，Pd-Hg等。相对隔离的活性位点可以有效防止*OOH中间产物进一步分解为O*，使反应具有较高的H2O2选择性。但贵金属基催化剂成本高昂且地壳储量小，难以满足规模化、系统化器件和工厂的要求。因此，开发基于非贵金属的两电子氧还原催化剂尤为重要。
Co-N-C体系材料（包括酞菁钴、卟啉钴等）被认为是非贵金属催化剂用于氧还原反应的强有力候选者。主要由于吸附氧（O*）在活性位点上的几何构型差异，直接导致氧还原反应的电子转移数。而相对于纯贵金属而言，Co单原子材料的活性位点之间距离较大，不易破坏O-O键，使得氧还原反应更易于向2e路径进行。但如何调控Co单原子中心的精细电荷结构，改变其对氧气物种及中间产物的吸附能，建立Co单原子中心局域电荷密度和氧还原反应路径之间的理论模型，提升Co-N-C系列材料的本征电催化活性，对开发新型、高效的氧还原电催化剂具有关键意义。2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本研究内容
①酞菁钴/石墨烯异质结材料的设计构筑和表征：
通过调控不同的石墨烯及酞菁钴混合比例，制备出不同钴含量的异质结材料，进而精确调节co单原子的局域电荷密度。通过扫描电子显微镜（sem）、透射电子显微镜（tem）、x 射线衍射（xrd）、拉曼光谱（raman）、光电子能谱（xps）等先进表征手段，系统研究所得酞菁钴/石墨烯异质结材料的化学组成、微观结构和表面缺陷，为后续的电化学性能测试提供材料的基本信息。
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4-6周：按照设计方案，制备酞菁钴/石墨烯异质结材料；
第7-10周：利用xrd（x射线衍射）、sem（扫描电子显微镜）、透射电子显微镜（tem）、x射线光电子能谱（xps）、拉曼光谱（raman）等手段对材料的物相、形貌、元素状态等进行表征，并进行相关的电化学性能测试；
4. 参考文献（12篇以上）
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[2] shengh y, hermes e d, yang x h, et al. electrocatalytic production of h2o2 by selective oxygen reduction using earth-abundant cobalt pyrite (cos2)[j]. acs catalysis, 2019, 9 (9): 8433-8442.
[3] sunt, wang j, qiu c t, et al. b, n codoped and defect-rich nanocarbon material asa metal-free bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and evolutionreactions[j]. advanced science, 2018, 5(7): 1800036.
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