文献综述
课题研究的现状:
燃料电池因其高效，低污染，比能量高，噪声小，可靠性高，灵活性大等优点受到了人们广泛的关注。而在燃料电池中，氧还原反应过程是一个很重要的电极过程，其反应历程可分为两大类：1.二电子反应途径——氧分子先得到两个电子还原为过氧化氢或过氧氢根离子，再还原成水。2.四电子反应途径——氧分子直接得到四个电子还原为水或氢氧根离子。在阴极的反应中，二电子反应途径所产生的大量过氧化氢会阻碍氧还原反应的进行，而在电极中进行四电子转移又会造成氧还原反应的动能迟缓。因此开发新的高效电催化剂用于氧还原反应对于推动燃料电池和空气去极化电池的应用实践至关重要。目前商业铂黑催化剂是使用最广泛的催化剂，但铂高昂的费用和稀缺以及氧还原反应中产生的大量超电势所引起的热效率降低掩盖了其在氧还原反应中表现出的高活性。因此，开发价格低廉，性价比高的非贵金属催化剂来取代铂基催化剂迫在眉睫。
碳量子点 (carbon quantum dots, 简称CQDs) , 是以碳为基本骨架、表面含有大量的含氧基团、尺寸在10nm以下的新型荧光“零维”碳纳米材料。自2004年第一次报道碳量子点以来, 由于其具有优异的荧光性能、良好的水溶性、低毒性以及环境友好性, 在近几年来备受关注, 并在生物分析、化学传感、光催化以及药物释放等领域显示了极大的应用前景。目前, 制备碳量子点的方法有多种, 包括电化学合成法、化学氧化法、燃烧法、水热合成法、模板法、微波合成法等, 而多数的制备方法都存在荧光量子产率较低、设备昂贵及制备过程复杂等问题。研究发现杂原子的掺杂可有效提高碳量子点的荧光量子产率, 提高其灵敏度, 并且由于水热合成法步骤简单, 反应条件较为容易控制且消耗能耗低, 被认为是一种较为经济有效的方法。
发展趋势：
科学家迫切的希望通过碳量子点来开发出一种新能源电池，然而纯粹的碳量子点荧光量子产率较低并不适合直接用于燃料电池的阴极催化剂，所以科学家对碳量子点进行了改性研究。 不断优化改性碳量子点是以后碳量子点催化剂研究的主要发展方向。
课题研究意义及价值：
氮掺杂碳量子点具有良好的导电性能及氧还原反应及析氢反应催化活性，本课题旨在研究一种以氮掺杂碳量子点为载体的低成本，高性能的非金属/氮掺杂碳量子点阴极催化剂，用于取代常用的铂基催化剂从而降低燃料电池成本和提高其氧还原反应及析氢反应活性。
参考文献：
[1] Zhu, S. J.; Meng, Q. N.; Wang, L.; Zhang, J. H.; Song, Y. B.; Jin,H.; Zhang, K.; Sun, H. C.; Wang, H. Y.; Yang, B. Highlyphotoluminescent carbon dots for multicolor patterning, sensors,and bioimaging. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3953.
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