3.1 MNCO2O4及MNCO2O4/RGO材料表征 12

3.1.1 扫描电镜SEM图 12

3.1.2 XRD图 13

3.2 MNCO2O4及MNCO2O4/RGO材料电化学性能测试 14

3.2.1 循环伏安测试(CV) 14

3.2.2 线性扫描伏安法（LSV） 16

3.2.3旋转圆盘电极测试和Koutecky-Levich曲线 18

3.2.4  MnCo2O4 和MnCo2O4-rGO和Pt-C的i-t图 19

3.5 小结 20

总结 21

致谢 22

参考文献 23

第一章  绪论

1.1研究背景

近年来，大量的研究重点已经放在开发清洁高效的替代能源[1]。其中，电化学能与太阳能和风能以及它们在燃料电池，金属空气电池和水电解电容器中的应用的兼容性相比，具有很高的潜力。目前的催化剂由贵金属如铂和铱组成，但其价格阻断了对电化学能的常见接触。过渡金属及其氧化物是这些贵金属的有前途的替代品。由于它们的固有活性和在氧化电化学环境中的足够的稳定性。在广泛的这些金属中，钴，锰，镍和铁已经被广泛地开发为双功能催化剂，能够同时催化氧还原反应（ORR）和氧产生反应（OER）用于能量储存和转化[2]。它们不仅显示出先天的电化学能力，而且它们的结构多样性，以及它们混合，掺杂和与其它材料如石墨烯组合的能力使得过渡金属氧化物在电化学和材料研究中成为非常有吸引力的主题。以杂原子和过渡金属氧化物(如N，S，P)掺杂的石墨烯为代表的过渡金属催化剂均被认为具有较好的氧还原反应(ORR)活性。其中氮掺杂石墨烯以其制备过程简单，容易量产，活性较高和稳定性较好等性质而被人们广泛关注。

1.2 金属-空气电池概述

在金属-空气/海水电池氧还原原理应用中。其中一类重要应用为金属-空气电池[3]。在近年引起了广泛的重视，并得到了深入研究。例如锂-空气电池是以金属锂作为电池的负极物质，空气或者氧气作为正极活性物质[4]。在锂-空气电池的工作过程当中，金属锂原子空气被氧化，失去一个电子。随后生成的Li+。电子经电解质迁移至正极，与氧气还原产物结合生成含的锂氧化物。而锂原子氧化失去的电子，经过电池的外电路。由负极迁移至正极，提供电流并参与电池的氧化还原。

1.3 金属-空气电池研究现状

金属空气/海水电池拥有十分广阔的发展前景。因为它们有许多优点，例如环境友好性，高转换效率，快速启动和高能量密度等。 然而，阴极催化剂的改进仍然是它们在开发应用时所遇到的挑战。 高效率的过渡金属氧化物催化剂在用于氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的金属-空气电池中起关键作用。铂及其合金通常用作单官能的催化剂裂解为ORR。 钌或铱族金属仍然是最着名的OER催化剂，但是显示较差的性能的ORR。 因此，应开发便宜的双功能催化剂以满足应用[5]。

目前已经对用于ORR的杂原子掺杂的碳进行了大量研究。 杂原子的引入改变了局部电荷密度以及碳晶格的不对称自旋密度，这为ORR创造了催化位点。 掺杂碳已经被开发为双功能氧催化剂。Zhang. Li和Ma等人分别的探讨了氮和磷共掺杂碳作为双功能氧化催化剂[6]。对于N，P共掺杂的碳，OER被N，P共掺杂的石墨烯起到了促进作用，并且用于ORR的活性位点是N掺杂剂，证实它被P掺杂剂增强。

1.4锰钴氧化物复合材料的研究现状

1.4.1锰钴氧化物复合材料的制备方法

1.4.2尖晶石型锰钴复合材料

1.5 过渡金属氧化物催化剂的载体

如今，有一类常见的过渡金属氧化还原催化剂载体，是多孔碳物质[12]。以钴酸锰为例，负载于掺杂氧化石墨表面同样可以用于氧还原的电催化过程。将醋酸钴、醋酸钴与反丁烯二酸溶液处理后加入氧化石墨溶液，随后利用高压釜进行反应，得到的钴酸锰颗粒直径变小，并均匀的分散在氧化石墨表面[13]。随后，将制得的MnCo2O4/rGO材料，与钴酸锰颗粒，和机械混合物进行比较。MnCo2O4/rGO材料各项氧还原电催化性能均表现优异。其半波电位值，仅比商业铂/碳催化剂低很少。而且这种材料极限扩散电流也与商业铂碳催化剂接近。MnCo2O4/rGO催化剂的氧还原电子转移数为3.9左右，可认为这是一个四电子的氧还原的催化过程。同时，这种材料在循环伏安与旋转圆盘测试中依然表现出非常优异的性能。