王可欣 ，杨改秀 ，孙永明 ，李金平 ，王春龙,*

（1. 兰州理工大学 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室，甘肃 兰州 730050；2. 中国科学院广州能源研究所 中国科学院可再生能源重点实验室，广东 广州 510640）

随着工业发展步伐与日俱增，能源和环境问题逐渐成为可持续发展的关键问题。燃料电池是一种绿色能源技术，有望成为未来的绿色能源转化装备[1]。但其阴极的氧还原反应(oxygen reduction reaction，ORR) 可逆性很低，交换电流密度较小(10-9-10-10A/cm2)，需要催化剂加快反应进程，提高效率。而常用的铂基催化剂价格昂贵、储备稀少，明显阻碍了燃料电池的商业化进程。因此，新型高性能、低成本的代Pt催化剂的研发成为了近年的重点。

在众多的代Pt催化剂的研究中，生物质炭材料具有碳含量高、产量大、价格便宜、可再生等优点在被认为是催化氧还原领域最具应用潜力的催化剂之一，生物质自身富含多种分布均匀的杂原子（N、P、S等）这为原位合成掺杂型生物炭材料提供了必备条件，在热解炭化的过程中，这些杂原子能够掺杂到碳骨架中提高ORR的性能[2]。如Liu等[3]利用水葫芦制备N自掺多孔炭获得了较高的催化活性，起始电位约为0.98 V（vs. RHE），N掺杂到sp2杂化的碳骨架中能够诱导电荷再分配，形成石墨氮、吡啶氮、吡咯氮和氧化态氮，尤其是石墨氮和吡啶氮，促进O2分子的化学吸附和电子转移，以增强电催化性能。而P元素能改变各元素的电荷分布和前线轨道的能量特征[4]，S元素影响炭材料的电子自旋密度以增大催化活性[5]。……