题目：钴基氧化物的复合材料对氧气还原反应的催化研究

氧还原反应是碱性燃料电池和金属—空气电池的重要阴极反应。由于氧还原反应可逆性低，反应惰性大，因此开发低成本、高效率的氧还原反应催化剂具有重要的研究意义和应用价值。此外由于氢气是一种热值高、无污染的燃料，寻找水分解产氢的低价高效催化剂同样具有重要意义，因此本文在研究氧还原反应的同时也开展了催化产氢的相关研究工作。

石墨烯是一种由碳原子构成的具有单层片状结构的新材料，具有结构稳定、电阻率小、导电性强等特点，在催化还原反应方面具有潜在的应用价值。炭黑中碳原子的排列方式类似于石墨，由于其价格低廉、来源广泛，在碳材料的研究中具有独特的优势。本论文基于石墨烯和炭黑材料，制备了钴基石墨烯和Co3O4/炭黑复合材料，研究了其对氧还原反应的催化活性，并探寻了Co3O4/炭黑复合材料催化氧还原反应的反应机理。

（1）运用化学方法成功制备了石墨烯或氧化石墨烯，通过电化学研究手段探究了石墨烯催化水分解产氢的性能，结果证明单独的石墨烯或氧化石墨烯几乎没有催化分解水产氢的性能。

（2）采用稳压直流法和三电极体系沉积法两种电化学方法制备了钴基石墨烯，并探索了两种方法的最佳沉积条件。结果表明三电极体系沉积得到的催化剂具有较好的氧还原反应活性，电位为0.2 V vs. RHE时最大氧还原电流达到0.6 mA/cm2。

（3）采用化学方法制备了Co3O4/炭黑复合材料，探究了其最佳制备条件和性能测试条件。结果显示该复合材料具有较强的氧还原反应活性，电位为0.65 V vs. RHE时氧还原电流可达到18 mA/cm2。对该材料催化氧还原反应机理的研究表明，该过程主要以四电子途径进行。