前言

有序介孔碳材料（OMC）自1999年問世以來(lái)，以其新穎的結(jié)構(gòu)、大的比表面積、均一可控的孔徑、高的孔體積、良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，越來(lái)越多地受到了人們的關(guān)注，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于催化、吸附、電化學(xué)、傳感器、儲(chǔ)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(fù)合材料，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前迅速發(fā)展的社會(huì)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(fù)載于有序介孔碳制備出具有多種功能及電化學(xué)性質(zhì)的復(fù)合材料，改善了有序介孔碳材料的電化學(xué)性能，從而充分發(fā)揮過渡族金屬及其氧化物納米粒子作為反應(yīng)活性點(diǎn)的性質(zhì)，拓展了碳基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。在介孔碳材料進(jìn)行功能化修飾得到結(jié)構(gòu)可控的復(fù)合材料基礎(chǔ)上，研究了復(fù)合材料應(yīng)用于直接甲醇燃料電池、電化學(xué)儲(chǔ)氫、電化學(xué)生物傳感和超級(jí)電容器等方面的性能，從組分設(shè)計(jì)、材料制備、物理和電化學(xué)性能及相關(guān)的理論機(jī)制等方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。

當(dāng)前，貴金屬（如Pt、Ru等）因其具有的特異物理化學(xué)性能（高溫抗氧化性和抗腐蝕性）、電化學(xué)性能（優(yōu)良的導(dǎo)電性、高溫?zé)犭娦阅芎头€(wěn)定的電阻溫度系數(shù)等）、高催化活性及強(qiáng)配位能力等，在現(xiàn)代工業(yè)（航空航天、能源技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)、催化工業(yè)等）和國(guó)防建設(shè)中擁有重要的、其他金屬無(wú)法替代的地位，被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的維他命”。但大多貴金屬材料的價(jià)格昂貴且使用范圍受限甚至有毒化現(xiàn)象，難以廣泛長(zhǎng)期使用。采用物美價(jià)廉的材料元素（例如Fe）與貴金屬?gòu)?fù)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(diǎn)之間的協(xié)同作用，可以產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)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(xué)性能和使用效率。

本書在總結(jié)前人對(duì)有序介孔碳功能化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用過渡金屬Fe與Pt、Ni、Ru等復(fù)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(fù)合材料。重點(diǎn)對(duì)復(fù)合材料的物理結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)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(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用，提出了本書的主要研究?jī)?nèi)容。第2章總結(jié)了實(shí)驗(yàn)中所需要的材料及主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備。第3章通過Pt與Fe復(fù)合后修飾有序介孔碳，得到細(xì)小的PtFe_x納米顆粒均勻分布在OMC的表面和孔道內(nèi)，研究了PtFe_x/OMC復(fù)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(xì)小的納米顆粒NiFe_x均勻分布于OMC上，分析了復(fù)合材料的放電容量和循環(huán)等儲(chǔ)氫性能；當(dāng)利用NiFe_x/OMC復(fù)合材料作為電極材料時(shí)，研究了有酶或無(wú)酶電化學(xué)傳感器檢測(cè)溶液中H₂O₂和葡萄糖的作用機(jī)理及檢測(cè)能力；第6章制備的RuO₂-Fe₂O₃/OMC復(fù)合材料中，無(wú)定形且細(xì)小納米顆粒會(huì)直接嵌入OMC中，研究了電化學(xué)電容量、能量和功率密度及超級(jí)電容器。

本書研究?jī)?nèi)容得到國(guó)家自然科學(xué)基金（51025211、50872071、50972079）以及山東建筑大學(xué)博士基金（XNB1424）的資助，在此表示衷心的感謝。

謹(jǐn)以此書獻(xiàn)給所有幫助、支持我們的朋友。感謝我的導(dǎo)師山東大學(xué)的尹龍衛(wèi)教授。在研究過程中，還得到山東大學(xué)李木森教授、陳傳忠教授、劉久榮教授、王成祥副教授、張?zhí)J元副教授以及山東建筑大學(xué)的劉科高教授、范小紅副教授等的悉心指導(dǎo)和無(wú)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(qǐng)讀者批評(píng)指正。

作者

2016年7月