文献综述
本课题研究的现状及发展趋势：
能源推动人类社会向前前进，在其发展中起着非常重要的作用。当前，能源需求不断增加，传统化石燃料正在消耗，能源危机日益突出。另一方面，化石燃料的燃烧会产生大量的有害物质，如二氧化碳、氮氧化物、硫化物和粉尘等。化石燃料的燃烧，如温室效应和环境污染等问题，严重威胁着人类的生存环境。因此，能源短缺和环境污染已受到前所未有的举世重视。各国都致力于探索和发展清洁、高效、可持续的新能源。燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的电化学反应装置，它的原理和结构完全不同于一般意义上的结构。燃料电池可通过电化学机理将化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，其能量转化率可高达40 %-60%，环境友好，排放产品相对清洁。正是由于这些显著的优势，燃料电池技术的研究和发展引起了关注，并被认为是二十一世纪清洁的首选。
燃料电池是人们期待的产物，它通过电化学反应直接进入电能，储存在燃料和氧化剂的化学能中。因此，它具有以下优点：不受卡诺循环的限制，能量转换效率高，操作温度低，操作简单，启动快；环境友好，氢和氧燃料电池的唯一排放产品是水，实现零污染。这使得氢能和燃料电池技术成为新能源和新能源技术的领导者。虽然燃料电池技术近年来取得了很大进展，但尚未大规模商用化。这主要是由于燃料电池阴极氧还原反应缓慢，需要大量的贵金属Pt催化。同时，铂族碳催化剂广泛应用于燃料电池中，由于碳载体与负载铂颗粒的结合不牢固，催化过程中不存在协同作用，碳载体容易腐蚀，导致铂颗粒的迁移，脱落和团聚，这些大大缩短了燃料电池的使用寿命。
纳米孔炭材料由于其化学稳定性和机械稳定性、高比表面积、良好的导电性以及在催化、吸附、分离、能量转换和储存以及环境修复等方面的广泛应用而受到人们的广泛关注。在空心结构的纳米多孔碳材料中，可以进一步提高其在许多应用中的性能。通常，空心碳纳米粒子是通过模板技术合成的，这种技术通常包括在预先合成的固体核模板(如二氧化硅胶体、聚苯乙烯球)上包覆碳前驱体，然后碳化和选择性去除模板。然而，模板的去除是耗时的，涉及到一些有害的溶剂(如HF)，而且，额外的功能化可以满足不同的应用，例如在空心碳粒子中引入杂原子。通过在纳米多孔碳材料中掺杂氮原子，可以改变碳的表面极性、电导率和给电子倾向等性能。例如，N掺杂碳材料对氧还原反应(ORR)具有有效的催化活性，ORR是燃料电池和金属空气电池中一种重要的电极反应。另外，在N掺杂碳中引入过渡金属离子(如Co和Fe)，能显著提高ORR的催化性能，这是由于M-N-C(M=Fe，Co)活性中心的形成所致。为了制备中空的M-N-C结构，通常需要通过额外的程序将金属离子或N元素引入到空心碳结构中，这很容易导致碳化后的分布和团聚不均匀，因此，开发一种合成具有均匀活性中心的功能性中空碳材料是非常必要的。纳米孔炭材料由于其化学稳定性和机械稳定性、高比表面积、良好的导电性以及在催化、吸附、分离、能量转换和储存以及环境修复等方面的广泛应用而受到人们的广泛关注。在空心结构的纳米多孔碳材料中，可以进一步提高其在许多应用中的性能。通常，空心碳纳米粒子是通过模板技术合成的，这种技术通常包括在预先合成的固体核模板(如二氧化硅胶体、聚苯乙烯球)上包覆碳前驱体，然后碳化和选择性去除模板。然而，模板的去除是耗时的，涉及到一些有害的溶剂(如HF)，而且，额外的功能化可以满足不同的应用，例如在空心碳粒子中引入杂原子。通过在纳米多孔碳材料中掺杂氮原子，可以改变碳的表面极性、电导率和给电子倾向等性能。例如，N掺杂碳材料对氧还原反应(ORR)具有有效的催化活性，ORR是燃料电池和金属空气电池中一种重要的电极反应。另外，在N掺杂碳中引入过渡金属离子(如Co和Fe)，能显著提高ORR的催化性能，这是由于M-N-C(M=Fe，Co)活性中心的形成所致。为了制备中空的M-N-C结构，通常需要通过额外的程序将金属离子或N元素引入到空心碳结构中，这很容易导致碳化后的分布和团聚不均匀，因此，开发一种合成具有均匀活性中心的功能性中空碳材料是非常必要的。
网状金属有机骨架材料
该材料由芳香族羧酸配体和[Zn4O]6 配位的金属团簇组成，桥接和自组装形成八面体。通过调节和改变有机配体来调节孔的大小和功能。IRM OF-1是其中的代表性材料，通过使用具有较大动力学直径的配体可以改变材料的孔径。但是，它们的缺点是水稳定性和化学稳定性差，优点是热稳定性高。
来瓦希尔骨架材料
该材料使用三价金属，如钒、铝、铁、铬与对苯二甲酸配位，表现出部分分子筛拓扑，但它们的表面化学，密度和孔径不同。其中，最有代表性的材料是MIL-47，MIL-53，MIL-88，MIL-89，它们均具有柔性骨架和开孔闭合效应（呼吸效应特异性），不同金属（铝、铁、铬）的MIL-53表现出相同的空间结构。
沸石咪唑酯骨架材料
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