中文摘要：

具有三维网状堆积结构的碳复合纳米纤维材料用作金属催化剂载体，在燃料电池技术中有着重要的应用价值。本项目将结合静电纺丝，表面修饰以及高温炭化技术，以聚合物纳米纤维、氧化石墨烯、碳纳米管和导电高分子为原料制备表面具有多尺度微结构的碳复合纳米纤维材料，利用石墨烯、碳纳米管和导电高分子基碳有效增强碳材料的导电性以提高电子传递能力，改善碳纳米纤维表面微结构以提高负载催化剂的分散性、活性和稳定性，改善催化剂堆积结构以提高催化剂利用率。研究复合碳纳米纤维微结构的形成机理和负载催化剂过程，并阐明复合碳纳米纤维、催化剂微结构与催化剂性能之间的内在联系，研制出具有实际应用价值的电催化剂。该项目的确立与完成将为开发高性能直接甲酸燃料电池催化剂提供理论基础和技术支撑。

结论摘要：

结合静电纺丝和高温炭化法制备了自支撑炭纳米纤维膜，以炭纤维膜为支撑电极，通过浸渍法先吸附氯铂酸溶液，然后在160°C条件下用甲醛蒸汽还原铂前驱体，得到了均匀负载铂纳米粒子的自支撑催化电极，研究了催化电极对甲醇的电催化氧化性能；通过过滤法先在电纺的聚丙烯腈纤维上负载氧化石墨烯得到氧化石墨烯/聚丙烯腈复合纳米纤维膜，经炭化后得石墨烯/炭纳米纤维复合膜。通过浸渍/甲醛蒸汽还原法制备了负载铂的催化电极，研究了电极对甲醇的电催化氧化性能，发现石墨烯的存在大提高了铂催化剂的活性和稳定性。根据氧化石墨烯表面及周边含有大量的含氧官能团，这些官能团可与含羟基和氨基的化合物相结合并发生凝聚的事实，以氧化石墨烯为原料，发展了“羟胺扩散诱导组装法”，制备了大面积N掺杂石墨烯膜以及大面积多壁炭纳米管与石墨烯的复合膜、沉积于基底表面的大面积透明N石墨烯膜及其复合膜以及N掺杂石墨烯纤维毡。研究发现大面积石墨烯膜具有极好的力学性能、极高的导热性能和较大的导电率，并详细研究材料其用于超快速电容电极材料的性能；研究了透明N掺杂石墨烯膜厚度与其透光率和导电性能的关系；研究了处理温度对N掺杂石墨烯纤维毡的表面积、孔结构以及用于电化学电容电极材料的影响。以氧化石墨烯为原料，通过氢氧化钾活化法制备了多孔石墨烯，利用多孔石墨烯构建了负载酶的高效农药电化学传感器。通过溶胶－凝胶法制备了氧化锌/石墨烯杂化光催化材料，研究了组份之间的配比、处理温度对复合材料光催化性能的影响，发现石墨烯的存在能极大地提高氧化锌的光催化性能，这主要得益于石墨烯能提高氧化锌的光生电子与空穴的分离效率；针对大表面积炭材料对光催化降解染料的强吸附性能，复合材料中含炭量高时吸附染料过多而无法得到复合材料的真实的光催化性能，采用平衡后再补充降解底物的办法，评价了含有不同含量的石墨烯的氧化锌/石墨烯复合物的光催化性能。利用导电聚合物单体气相氧化聚合法，制备了沉积于柔性纤维基底的聚吡咯及其与氧化锰、氧化镍的复合物，发现气相聚合法能提高复合材料的快速充放电性能；在磷酸缓冲液中，以高锰酸钾为原料电沉积法制备了沉积于炭纸基底的二氧化锰及二氧化锰与石墨烯的复合物，研究了复合材料的电容性能，发现在磷酸缓冲液中电沉积，能大大提高二氧化锰的比电容并且掺入石墨烯后，材料的比电容进一步地提高。