随着科技进步,环境污染加重,我们对绿色可持续能源的需求日益增加。金属-空气电池和燃料电池等可以将化学能直接转化为电能和热能的技术吸引了研究人员的目光,而作为这些清洁能源技术核心反应的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)等更引起了大家的关注和探究。目前,这些能源技术电催化剂一般为贵金属铂基电催化剂和氧化铱电催化剂,其催化活性优秀,但贵金属十分稀少且价格昂贵,且这些催化剂电化学反应中动力学迟缓,所以我们急需制备廉价、高性能和快速反应动力学的电催化剂。生物质作为碳的主要来源之一,其具有种类多、来源广、产量大、价格低等优点,但大多数生物质得不得有效利用反而引起环境污染。基于以上原因,本文我们分别以植物生物质海带和海藻酸钠为碳载体,用简单方法合成两种新型电催化剂,分别用于ORR和锌-空气电池,为使生物质资源化利用、缓解环境污染问题以及设计高活性电催化剂提供新思路。(1)研制高性能的非贵金属氧还原电催化剂对燃料电池等清洁能源技术的应用具有重大意义。在此,我们以海藻生物质海带为碳前体,通过简单的水热-浸渍-热解的方法成功合成了高活性的氮掺杂的海带基碳材料(NKC)作为氧还原电催化剂。材料具有良好的孔隙结构、较大的比表面积(1208.44 m2 g-1)和较高的氮含量(8.13%),与贵金属Pt基催化剂相比,材料NKC具有更优的催化活性(半波电位0.84 V)和更好的稳定性。所以,本研究工作为发展廉价、高活性的生物质衍生的氮掺杂多孔碳纳米材料应用于ORR电催化方向,提供了一种新路径。(2)这里我们选用藻类生物质的提取物海藻酸钠为碳前体,将双金属合金粒子嵌入到氮掺杂多孔碳材料中,成功制备了高活性双功能电催化剂(NFeCo-SACA-PPy)并将其用于可充电锌-空气电池。与贵金属Pt基催化剂相比,材料NFeCo-SACA-PPy具有优异的起始(相对于RHE为1.00 V)和半波电位(相对于RHE为0.85 V)。此外,以NFeCo-SACA-PPy为空气电极的液态锌-空气电池表现出优异的放电和充电性能,更大的功率密度(109.6 mW cm-2)和更高的循环稳定性。故这项研究工作为以生物质为碳前体制备锌-空气电池双功能电催化剂提供了一种新的设计思路。