摘要能源危机与环境污染是人类今后五十年面临的两大问题，传统的能源和能源使用方式已经无法适应时代发展的要求。为了满足日益增长的能源需求，人们迫切需要开发新型高效的能源转换装置以解决能源问题。锌 空气电池就是高效能−源转换装置的代表之一，高效率的锌 空气的电池在便携式电子器件和电动汽车−中发挥着关键作用，可促进运输电气化、减少对化石燃料的需求和促进低碳经济发展。锌 空气电池表现出较高的电池工作效率，其理论比能量可达−1218 Wh kg−1，理论体积能量密度可达 6136 Wh L−1，理论电压可达 1.66 V。在锌 空气电池−中，氧还原反应（ORR）是关系到电池工作效率的基本反应之一。然而，ORR 迟缓的动力学过程严重阻碍了锌 空气电池的应用。为此需要寻找高效、稳定的催化−剂降低 ORR 反应的活化能垒，提升锌 空气电池的能量转换效率。目前，铂基材−料是最常用的 ORR 催化剂。但铂基材料的稳定性较低、成本较高等因素严重制约了锌 空气电池的商业发展。因此，为了开发具有长期稳定、成本低廉且高催化−活性的非贵金属 ORR 电催化剂，仍然需要做出很多努力。本论文以降低氧还原反应能垒、提高催化效率为目标，首先尝试将铁引入钨基氧化物材料，以获得性能优异的钨酸亚铁/氮掺杂石墨烯复合氧还原催化剂。再将氧化物转化为碳化物，并以过渡金属钴代替过渡金属铁，以获得更加优异的催化活性。最后利用铁钴两种过渡金属对碳化钨的电子结构进行调节，以获得具有更加优异性能的钨基 ORR 催化剂。具体研究思路为：通过过渡金属对钨基材料电子结构的调节，降低氧还原反应能垒，提高催化效率，并以筛选出的性能优异的过渡金属掺杂钨基催化剂成功组装锌−空气电池。本论文的主要研究内容如下（1）以石墨相氮化碳和细菌纤维凝胶为模板剂和碳源，以溶解于氨水的钨酸和氯 1 化铁溶液为金属源，通过冷冻干燥的方式获得具有海绵状多孔结构的气凝胶，再通过真空快速煅烧使气凝胶快速碳化，将其转化成具有高比表面积的钨酸亚铁/氮掺杂石墨烯（FeWO4/NC）复合材料。该材料不仅具有钨基材料高稳定性的优点同时过渡金属铁的引入成功改善了钨基材料本征活性，使 FeWO4/NC 表现出优异的催化性能。（2）在工作（1）的工作经验上进行改进，将过渡金属铁替换成过渡金属钴，同时引入富碳的氧化石墨烯（GO）为碳源，使其与钨源有效结合。在煅烧过程中，趋向于生成氧化物的金属钨在富碳环境中可转化成碳化钨。此外，钴通过嵌入的形...
