中文摘要：

铂资源的匮乏是燃料电池普及应用中的巨大障碍，研究开发性能优异的非贵金属催化剂是解决该问题的关键。聚吡咯修饰碳载羟基氧化钴具有较好的催化活性，本项目通过研究氧电化学还原过程前后聚吡咯与羟基氧化钴成分、结构的变化，氧电化学还原过程中中间产物的产生以及聚吡咯/羟基氧化钴界面上所发生的物质迁移，解析离子进入聚吡咯的离子嵌入过程，建立氧在碳载羟基氧化钴及聚吡咯修饰碳载羟基氧化钴催化剂上电化学还原的过程模型。考察聚吡咯的本征导电性和其离子嵌入能力对欧姆阻抗和反应阻抗的影响，通过改变催化剂中聚吡咯形貌、尺寸、含量以及聚吡咯和羟基氧化钴的相分布，研究这些因素对氧的极化行为和反应阻抗的影响，找出关键因素，对比研究氧在碳载羟基氧化钴和聚吡咯修饰碳载羟基氧化钴催化剂上电化学还原过程的异同，揭示聚吡咯与羟基氧化钴对氧电化学还原反应协同催化作用的本质，阐明这种协同催化的原理。

结论摘要：

铂资源的匮乏是燃料电池普及应用中的巨大障碍，研究开发性能优异的非贵金属催化剂是解决该问题的关键。聚吡咯修饰碳载羟基氧化钴（CoOOH-PPy-C）具有较好的催化活性，本项目通过研究氧电化学还原过程前后CoOOH-PPy-C的成分、结构的变化，氧电化学还原过程中中间产物的产生以及聚吡咯/羟基氧化钴/碳界面上所构筑的氧电化学还原反应催化中心，建立了氧在碳载羟基氧化钴及CoOOH-PPy-C催化剂上电化学还原的过程模型。通过改变催化剂中聚吡咯形貌、尺寸、含量以及聚吡咯和羟基氧化钴的相分布，研究这些因素对氧的极化行为和反应阻抗的影响，找出关键因素。结果表明，在羟基氧化钴上氧的4电子还原反应是通过氢氧化钴的氧化反应2Co(OH)2 + ？O2 = 2CoOOH + H2O 以及氢氧化钴的电化学氧化还原反应Co(OH)2 + OH- = CoOOH + H2O + e- 分步进行，其氧还原反应动力学取决于过渡金属氧化物被氧气氧化的反应速度和氧化的产物羟基氧化物电化学还原的动力学性能。CoOOH-PPy-C催化剂中，催化剂载体的碳，PPy中的氮以及钴离子是构筑氧还原反应催化中心的必要条件，碳、氮和钴离子之间的相互作用才是活性中心，而单纯的钴氮键并不能催化氧还原反应。在PPy/CoOOH/C界面处，Co分别与2个吡咯环的氮及4个OH键合，倾向发生氧的4电子还原反应；而在吡啶氮倾向于发生氧的2电子还原反应。在直接硼氢化钠燃料电池中，CoOOH-PPy-C催化剂性能与商品化的Pt/C相媲美。本项目基本按照研究计划，通过对比研究氧在碳载羟基氧化钴和聚吡咯修饰碳载羟基氧化钴催化剂上电化学还原过程的异同，揭示聚吡咯与羟基氧化钴对氧电化学还原反应协同催化作用的本质，阐明这种协同催化的原理，完成了项目的研究任务，达到了项目既定研究目标。