郑祥俊，郭兴梅，张俊豪

(江苏科技大学 环境与化学工程学院，镇江 212100)

金属-空气电池由于采用环境中的氧气作为正极反应物，从而具备较高的能量密度，另外其低成本和环境友好性进一步使其成为最有潜力的下一代能源储存和转换设备之一并受到广泛的关注[1].其中氧气还原反应(oxygen reduction reaction, ORR)和氧气析出反应(oxygen evolution reaction, OER)都是可充电金属-空气电池的主要电极反应，但是其缓慢的动力学反应过程会大大限制电池的性能，因而研发高效的双功能氧气催化剂对金属-空气电池的进一步发展起着至关重要的作用[2].虽然目前贵金属铂(Pt)基、钯(Pd)基等催化剂和二氧化铱(IrO2)、二氧化钌(RuO2)等贵金属氧化物催化剂分别是目前的商业化ORR和OER催化剂，但其昂贵的价格、稀缺的地表储量以及较差的稳定性大大限制了这些贵金属催化剂在金属-空气电池中的批量使用和工业化生产[3].并且由于这些贵金属都是单功能型催化剂从而进一步限制了其在可充电金属-空气电池中的应用，因而迫切需要开发更加廉价和稳定的双功能型氧气非贵金属催化剂材料[4].

在非贵金属材料中，碳材料因为具有非常低廉的成本、丰富的来源、低密度、高电子电导性、高比表面积以及环境友好性等众多优点，从而具有较大的潜力成为商业化应用的氧气催化剂，并且通过对其进行异原子的掺杂可以有效提高碳材料的催化活性和稳定性[5].2009年，文献[6]首次报道了不含金属的氮掺杂垂直取向的……