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| 针对氧还原/析出催化剂载体多孔碳易堵塞、传质性能差、传统催化剂昂贵、催化剂与载体间相互作用机制不明确等核心问题，本项目采用静电纺丝法和碳纳米管生长工艺，结合碳材料表面修饰技术，制得了具有毛刷状结构的碳纳米管-碳纤维复合材料，发现了催化剂对碳纳米管和复合纤维微观结构的影响机制，得到了高性能氧还原/析出催化剂修饰的碳纳米管-碳纤维复合催化剂。在此基础上，我们开展了石墨烯基复合材料的氧还原性能研究，制得了三明治状Fe-N-石墨烯复合材料，其极限电流密度高达6 mA/cm2；利用锌基MOF材料实现了Co-N-C催化剂性能调控，将该四电子反应催化剂的极限电流密度提高到6.2 mA/cm2；建立了基于SiO2造孔和喷雾干燥的氮掺杂介孔石墨烯催化剂的合成方法；发现了氧化钨的氧空位对其析氢性能的影响机制；制备了WO3/C共包覆CoO催化剂。另外，在氧还原/析出催化剂载体用碳纤维研究的基础上，我们建立了一种基于相分离原理制备金属氧化物@碳核壳纤维的方法，填补了无模版法合成核壳纤维的空白，且以此方法得到了中空多孔碳纤维，研究发现了其具有500 mA h/g的可逆储钠性能。在碳纤维复合纤维结构设计方面，我们设计并制备了具有电线管结构的TiO2-Sn@C复合纤维，得到了400次循环后容量仍高达413 mA h/g的钠离子电池负极。本项目的研究促进了碳纤维-碳纳米管这两类碳材料研究的学科交叉，对构建新型碳纤维复合材料具有指导意义，对扩展碳材料在电池相关领域的研究提供思路，为可控、可设计碳材料在能源、催化等领域的大规模应用奠定了基础。 |
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