【摘 要】
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二维多孔碳纳米片（2DPCs）,由于具有丰富的孔洞结构,优异的物理化学和电子特性,在能源转化领域备受关注。然而,未经杂原子掺杂的多孔碳纳米片由于活性位点有限,电催化性能表现平平。因此,科学家们开始通过不同方法引入各种杂原子（N、P、S和金属原子）,并取得了理想的结果。本文以现有的研究成果为基础,针对2DPCs制备过程中,形貌、尺寸难以调控,杂原子单一且分散不均等问题,通过选择恰当的模板、碳前驱体、
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二维多孔碳纳米片（2DPCs）,由于具有丰富的孔洞结构,优异的物理化学和电子特性,在能源转化领域备受关注。然而,未经杂原子掺杂的多孔碳纳米片由于活性位点有限,电催化性能表现平平。因此,科学家们开始通过不同方法引入各种杂原子（N、P、S和金属原子）,并取得了理想的结果。本文以现有的研究成果为基础,针对2DPCs制备过程中,形貌、尺寸难以调控,杂原子单一且分散不均等问题,通过选择恰当的模板、碳前驱体、金属源以及活化方法实现对2DPCs的可控制备,并获得优异的电催化性能。具体研究内容如下:首先,我们以富含sp~2和sp~3杂化氮的离子型聚酰亚胺为前驱体,通过硬模板法,成功制备了六方氮掺杂多孔碳纳米片。由于大的比表面积和高效的质量传输特性,所制备的多孔碳材料无论在酸性介质中还是碱性介质中均表现出优异的电催化氧还原反应活性。在碱性介质中的半波电位为0.83 V（Pt/C:0.84 V）,在酸性介质中的极限电流密度达5.42 m A cm-2(Pt/C:5.3 m A cm-2)。作为锌空气电池的阴极催化剂,锌空气电池容量高达614 m A h g-1,且长时间稳定。这项工作为制备形貌规则的氮掺杂多孔碳纳米片提供了一种简便的方法,为氧还原反应和锌-空气电池的应用提供了一种高效的催化剂。然后,我们在上面工作的基础上,进一步通过离子交换的方法,以镁铝层状双金属氢氧化物为模板,将离子型聚酰亚胺中的氯离子与其它含金属的阴离子发生取代作用,成功制备了形状规则、金属均匀分布的二维多孔碳纳米片（2DPC-M,M=Mo、Ru,RuMo）。像差校正高分辨透射电子显微镜和X射线吸收精细结构测量表明钌晶格中存在孤立的Mo原子。在碱性介质中,2DPC-RuMo对析氢反应表现出优异的催化性能,电流密度达到10m A cm-2时的过电位仅为18 m V,Tafel斜率为25 m V dec-1,转换频率（TOF）值高达3.57 H2 s-1,均优于商用铂碳电催化剂和在文献报道的其它钌基碳催化剂。这项工作为可控制备金属（合金）掺杂的多孔碳纳米片提供了一种有效可行的方法,同时为电催化析氢反应提供了一种优异的催化剂。
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