摘要：燃料電池被認(rèn)為是解決能源枯竭、環(huán)境污染的新能源方案之一。氧還原催化劑是其最關(guān)鍵的材料之一。在氧還原催化劑中,Pt/C是目前商業(yè)化最好的催化劑,但其資源有限、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)已經(jīng)阻礙了燃料電池的發(fā)展與大規(guī)模生產(chǎn)。在非鉑燃料電池催化材料中,氮摻雜納米管陣列、氮摻雜石墨烯等非金屬催化材料展示出了氧還原催化的“四電子”過程及優(yōu)異的抗一氧化碳“毒性”,同時(shí)具有較高的催化活性及抗甲醇穩(wěn)定性。原子摻雜非金屬催化劑已被證明是非常有前途的潛在催化材料。但關(guān)于原子摻雜碳基催化材料的研究中,對(duì)原子催化物質(zhì)與活性位點(diǎn)的認(rèn)識(shí)存在爭議,雖然原子摻雜改變了碳基能帶,修飾了電子特性并操縱表面元素的變化,但對(duì)其活性位點(diǎn)協(xié)同效應(yīng)、詳細(xì)機(jī)理的研究還在探討之中。摻雜原子與碳原子間不同的電負(fù)性所引起的電荷轉(zhuǎn)移能有效提高催化材料的氧還原催化性能。由于摻雜原子與碳原子電負(fù)性不同,增加了碳的n-型導(dǎo)電性與正電荷,改變了碳六環(huán)原有完整結(jié)構(gòu),形成了具有特定雜化的共軛體系。同時(shí)由于摻雜原子與碳原子原子半徑、鍵能不同,在碳六環(huán)結(jié)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)缺陷、電荷不勻,使得電中性被破壞,一方面利于氧氣的吸附,另一方面利于氧氣的活化解離,促進(jìn)了氧還原活性的提高。但目前很難確定活性位點(diǎn)確切的位置結(jié)構(gòu)、電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理和化學(xué)性質(zhì)。納米碳材料的催化活性往往與其表面化學(xué)性能/缺陷、表面官能團(tuán)的類型、密度相關(guān),當(dāng)碳表面出現(xiàn)空位、間隙、邊界等缺陷時(shí)更容易與外界極性原子或非飽和官能團(tuán)結(jié)合,進(jìn)而具備一定的氧化還原催化活性。碳缺陷對(duì)于材料結(jié)構(gòu)與性能起著重要的作用,碳材料中各類型的缺陷不但改變納米材料的結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì),而且改變了碳材料本身的形態(tài)。雖然目前對(duì)缺陷類型的確定與定性?