刘苗苗，杨茅茂，舒欣欣，张进涛

胶体与界面化学教育部重点实验室，山东大学化学与化学工程学院，济南250100

1 引言

随着化石能源危机与环境污染问题的日益加重，积极推动和发展新能源技术具有重大战略意义。利用清洁可再生燃料(氢气等)发电的燃料电池因其理论能量转化效率高、环境污染少、噪音小等优势而受到广泛的关注。原理上，燃料电池利用燃料在阳极的氧化和氧气在阴极的还原产生电能。电子通过外电路由阳极运动到阴极，阳极产生的阳离子(或阴极产生的阴离子)通过电解质运动到阴极(或阳极)，从而实现体系的物质平衡和电荷平衡(图1)1。氧还原(Oxygen reduction reaction，ORR)反应作为燃料电池阴极的关键反应，在化学能向电能的转换过程中发挥着重要作用，然而其缓慢的动力学过程、过高的反应能垒、较低的选择性很大程度上降低了燃料电池的能量转化效率，因此开发高活性的电催化材料以加快反应速率、提高反应选择性是当前研究的重点。碳载铂催化剂(Pt/C)具有优异的氧还原催化活性，是目前燃料电池最常用的催化剂。但是，贵金属资源有限，价格昂贵，并且Pt在碳载体表面的迁移和团聚限制了稳定性2。因此开发低成本、高催化活性及耐久性的非贵金属催化剂至关重要。

图1 燃料电池工作原理示意图Fig. 1 Schematic diagram of working principle of fuel cells.

碳材料具有结构多样性(包括石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米球等多维结构)、良好的导电性、较高的比表面积以及在电化学环境中的高稳定性等优点，在清洁能源转换和储存领域有着广泛的应用3-6。……