在发展高效清洁的能源以满足人类社会可持续增长的能源需求方面,电化学转换和储能设备发挥着至关重要的作用。其中,析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)是电化学转换和储能设备中的决定性过程。目前,贵金属催化剂是公认的高效的氧电极反应电催化剂,但贵金属的稀缺和容易中毒等缺点限制了其在燃料电池、电解水和金属空气电池等装置的应用。钴基氧化物因其在碱性条件下具有长期稳定性、高活性和低成本等特点,一直是人们关注的热点之一。但是,由于钴基氧化物导电性不佳而影响其广泛应用。为了克服这一缺点,可以将钴基氧化物与碳材料复合,这能够增加钴基氧化物的导电性,从而提高其催化活性。本文设计合成了三种电催化剂,分别是负载在石墨烯上的N掺杂碳点(CDs)修饰的针状NiCo2O4(NiCo2O4-G-NCDs)复合物,类石墨烯状碳层担载的Co3O4/C-750催化剂和具有簇状结构的Co3O4/C-350催化剂,对其进行了一系列的表征,并进一步研究其电催化性能。具体研究内容如下:1.以设计出高效廉价的双性质电催化剂为目标,通过简单的一步溶剂热法制备出了一种担载在石墨烯上的N掺杂碳点(CDs)修饰的针状NiCo2O4(NiCo204-G-NCDs)复合物。利用SEM和TEM研究了其形貌;用XRD、HRTEM和XPS确定了催化剂的成分;用红外光谱仪、高压物理吸附仪、紫外可见分光光度计对催化剂进行了其它表征。电化学测试结果显示,该催化剂同时具备高效的ORR和OER的性质。NiCo2O4-G-NCDs的ORR半波电势为0.82 V。相对于NiCo2O4-G和NiCo2O4-G-CDs,NiCo2O4-G-NCDs电催化性能有较大提升,Tafel斜率更小(63.94 mV dec—1),OER 过电位更低(308 mV)。2.以酞菁钴为原料,通过简单的热解法合成了具有类石墨烯状碳层担载的Co3O4/C催化剂,并通过电化学测试证明了该催化剂是一种较好的ORR电催化剂。在制备过程中,通过调节不同的热解温度来优化催化剂的性能.其中,在750℃下制备的Co3O4/C催化剂在0.1 M KOH中呈现出最佳的ORR电催化性能。Co3O4/C-750的ORR半波电位为0.75 V,同时,它具有比20%Pt/C更好的抗甲醇毒化能力和较好的稳定性。此外,还将Co3O4/C-750催化剂应用于锌-空电池,其表现出良好的性能。3.利用简单的两步法合成了具有簇状结构的Co3O4/C-350,并证明了该催化剂是一种可用于析氧反应的较好的电催化剂。在制备过程中,调整了不同的碳化温度,在350℃下制备的Co3O4/C-350催化剂在1 M KOH中表现出最佳的OER电催化性能,稍低于RuO2。其中,Co3O4/C-350的过电位为410mV(@10mAcm-2),优于其它温度下合成的催化剂。与此同时,Co3O4/C-350的Tafel斜率是几个不同温度下合成的催化剂中最低的,只有151.8mV dec-1,较高于RuO2(91.4 mV dec-1),表现出了良好的催化动力学性能。