前言
有序介孔碳材料（OMC）自1999年问世以来，以其新颖的结构、大的比表面积、均一可控的孔径、高的孔体积、良好的导电性和稳定性，越来越多地受到了人们的关注，已经广泛应用于催化、吸附、电化学、传感器、储能和生物等多方面。但是，单一的有序介孔碳材料难以满足人们的多种性能需求，因此，探索适宜的合成方法，制备出多种性能的有序介孔复合材料，以应对当前迅速发展的社会需求，是目前迫切需要解决的问题。本书介绍了以过渡族金属及其氧化物纳米粒子负载于有序介孔碳制备出具有多种功能及电化学性质的复合材料，改善了有序介孔碳材料的电化学性能，从而充分发挥过渡族金属及其氧化物纳米粒子作为反应活性点的性质，拓展了碳基复合材料的应用领域。在介孔碳材料进行功能化修饰得到结构可控的复合材料基础上，研究了复合材料应用于直接甲醇燃料电池、电化学储氢、电化学生物传感和超级电容器等方面的性能，从组分设计、材料制备、物理和电化学性能及相关的理论机制等方面进行了深入系统的研究。
当前，贵金属（如Pt、Ru等）因其具有的特异物理化学性能（高温抗氧化性和抗腐蚀性）、电化学性能（优良的导电性、高温热电性能和稳定的电阻温度系数等）、高催化活性及强配位能力等，在现代工业（航空航天、能源技术、生物医学、信息技术、催化工业等）和国防建设中拥有重要的、其他金属无法替代的地位，被称为“现代工业的维他命”。但大多贵金属材料的价格昂贵且使用范围受限甚至有毒化现象，难以广泛长期使用。采用物美价廉的材料元素（例如Fe）与贵金属复合，可以替代贵金属材料，从而极大地降低了成本。通过制备的铁基两元过渡族金属及其氧化物纳米颗粒活性点之间的协同作用，可以产生电化学反应所需电荷，而有序介孔碳为其提供传输通道，有效地提高了材料自身的电化学性能和使用效率。
本书在总结前人对有序介孔碳功能化应用的基础上，采用过渡金属Fe与Pt、Ni、Ru等复合成两元金属及其氧化物纳米粒子，形成金属纳米粒子嵌入有序介孔碳的复合材料。重点对复合材料的物理结构和电化学性能进行了分析研究。第1章阐述了有序介孔碳及其与金属纳米粒子形成的复合材料的发展和应用，提出了本书的主要研究内容。第2章总结了实验中所需要的材料及主要实验设备。第3章通过Pt与Fe复合后修饰有序介孔碳，得到细小的PtFex纳米颗粒均匀分布在OMC的表面和孔道内，研究了PtFex/OMC复合材料在燃料电池中的催化性能和抗甲醇毒化性能。第4、5章合成了细小的纳米颗粒NiFex均匀分布于OMC上，分析了复合材料的放电容量和循环等储氢性能；当利用NiFex/OMC复合材料作为电极材料时，研究了有酶或无酶电化学传感器检测溶液中H2O2和葡萄糖的作用机理及检测能力；第6章制备的RuO2-Fe2O3/OMC复合材料中，无定形且细小纳米颗粒会直接嵌入OMC中，研究了电化学电容量、能量和功率密度及超级电容器。
本书研究内容得到国家自然科学基金（51025211、50872071、50972079）以及山东建筑大学博士基金（XNB1424）的资助，在此表示衷心的感谢。
谨以此书献给所有帮助、支持我们的朋友。感谢我的导师山东大学的尹龙卫教授。在研究过程中，还得到山东大学李木森教授、陈传忠教授、刘久荣教授、王成祥副教授、张芦元副教授以及山东建筑大学的刘科高教授、范小红副教授等的悉心指导和无私帮助，在此一并表示衷心的谢意。
由于作者水平有限，不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。
作者
2016年7月