前言

有序介孔碳材料（OMC）自1999年問世以來，以其新穎的結構、大的比表面積、均一可控的孔徑、高的孔體積、良好的導電性和穩定性，越來越多地受到了人們的關注，已經廣泛應用于催化、吸附、電化學、傳感器、儲能和生物等多方面。但是，單一的有序介孔碳材料難以滿足人們的多種性能需求，因此，探索適宜的合成方法，制備出多種性能的有序介孔復合材料，以應對當前迅速發展的社會需求，是目前迫切需要解決的問題。本書介紹了以過渡族金屬及其氧化物納米粒子負載于有序介孔碳制備出具有多種功能及電化學性質的復合材料，改善了有序介孔碳材料的電化學性能，從而充分發揮過渡族金屬及其氧化物納米粒子作為反應活性點的性質，拓展了碳基復合材料的應用領域。在介孔碳材料進行功能化修飾得到結構可控的復合材料基礎上，研究了復合材料應用于直接甲醇燃料電池、電化學儲氫、電化學生物傳感和超級電容器等方面的性能，從組分設計、材料制備、物理和電化學性能及相關的理論機制等方面進行了深入系統的研究。

當前，貴金屬（如Pt、Ru等）因其具有的特異物理化學性能（高溫抗氧化性和抗腐蝕性）、電化學性能（優良的導電性、高溫熱電性能和穩定的電阻溫度系數等）、高催化活性及強配位能力等，在現代工業（航空航天、能源技術、生物醫學、信息技術、催化工業等）和國防建設中擁有重要的、其他金屬無法替代的地位，被稱為“現代工業的維他命”。但大多貴金屬材料的價格昂貴且使用范圍受限甚至有毒化現象，難以廣泛長期使用。采用物美價廉的材料元素（例如Fe）與貴金屬復合，可以替代貴金屬材料，從而極大地降低了成本。通過制備的鐵基兩元過渡族金屬及其氧化物納米顆粒活性點之間的協同作用，可以產生電化學反應所需電荷，而有序介孔碳為其提供傳輸通道，有效地提高了材料自身的電化學性能和使用效率。

本書在總結前人對有序介孔碳功能化應用的基礎上，采用過渡金屬Fe與Pt、Ni、Ru等復合成兩元金屬及其氧化物納米粒子，形成金屬納米粒子嵌入有序介孔碳的復合材料。重點對復合材料的物理結構和電化學性能進行了分析研究。第1章闡述了有序介孔碳及其與金屬納米粒子形成的復合材料的發展和應用，提出了本書的主要研究內容。第2章總結了實驗中所需要的材料及主要實驗設備。第3章通過Pt與Fe復合后修飾有序介孔碳，得到細小的PtFe_x納米顆粒均勻分布在OMC的表面和孔道內，研究了PtFe_x/OMC復合材料在燃料電池中的催化性能和抗甲醇毒化性能。第4、5章合成了細小的納米顆粒NiFe_x均勻分布于OMC上，分析了復合材料的放電容量和循環等儲氫性能；當利用NiFe_x/OMC復合材料作為電極材料時，研究了有酶或無酶電化學傳感器檢測溶液中H₂O₂和葡萄糖的作用機理及檢測能力；第6章制備的RuO₂-Fe₂O₃/OMC復合材料中，無定形且細小納米顆粒會直接嵌入OMC中，研究了電化學電容量、能量和功率密度及超級電容器。

本書研究內容得到國家自然科學基金（51025211、50872071、50972079）以及山東建筑大學博士基金（XNB1424）的資助，在此表示衷心的感謝。

謹以此書獻給所有幫助、支持我們的朋友。感謝我的導師山東大學的尹龍衛教授。在研究過程中，還得到山東大學李木森教授、陳傳忠教授、劉久榮教授、王成祥副教授、張蘆元副教授以及山東建筑大學的劉科高教授、范小紅副教授等的悉心指導和無私幫助，在此一并表示衷心的謝意。

由于作者水平有限，不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

作者

2016年7月