金屬有機骨架衍生材料在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用.pdf

1、金屬-有機骨架(MOFs)是一種新型的多孔結(jié)晶材料，由于其比表面積大，孔隙率恒定，結(jié)構(gòu)可控，在各領(lǐng)域中越來越受到重視。MOFs是納米結(jié)構(gòu)多孔碳、金屬氧化物特別是分級納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計和合成的優(yōu)良的前驅(qū)體材料。通過簡單的配位化學(xué)反應(yīng)制備出的MOFs具有有機和無機成分的無限組合的特點，并且可以通過改變實驗條件控制它們的多孔結(jié)構(gòu)，孔體積，表面積與化學(xué)成分等。MOFs衍生材料的這些獨特性質(zhì)使其在能源領(lǐng)域(如產(chǎn)氫(H2)、產(chǎn)氧(O2)、氧還原，超級電

2、容器等）中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　超級電容器電極材料應(yīng)具有大的比表面積、合適的多孔結(jié)構(gòu)、高的導(dǎo)電性與電化學(xué)穩(wěn)定性。已有許多MOFs衍生的多孔碳雜化材料被用于超級電容器的報道，但是制備同時擁有合適的多孔結(jié)構(gòu)、高氮摻雜以及高石墨化協(xié)同的材料仍是研究難題。目前作為電催化產(chǎn)氫、電催化產(chǎn)氧及電催化氧還原的活性最佳的催化劑仍為Pt、IrO2等貴金屬催化劑，合成高效的非貴金屬電催化劑是替代貴金屬催化劑的重要方法。目前，已有許多MOFs衍生材料

3、被用作高效電催化劑的研究工作，但仍存在問題需要解決。例如MOFs衍生材料的催化活性與貴金屬電催化劑相比仍有差距，此外，MOFs復(fù)雜的合成過程也是阻礙其進(jìn)一步應(yīng)用的因素。
　　為了解決以上提到的問題，合成高效的超級電容器電極材料及高活性的電催化材料，本論文選用ZIF系列的金屬有機骨架材料作為制備高性能電化學(xué)材料的模板，本論文主要內(nèi)容有如下四點:
　　1.本章報道了以三種相同形貌但不同結(jié)構(gòu)的MOFs(core-shell ZIF

4、-67@ZIF-8，hollow ZIF-67@ZIF-8，BMZIF)為模板合成的三種含鈷多孔碳復(fù)合材料（C-S-Co@CN，H-Co@CN與Co@CN），并研究了它們的形貌特征、孔結(jié)構(gòu)及超級電容器性能。其中，Co@CN電極材料擁有優(yōu)異的電化學(xué)性能及最高的比電容值(251.5F/g)。
　　2.采用一種新穎的方法使MOFs納米片經(jīng)過一步磷化合成出磷化鈷納米片復(fù)合材料(CoP-NS/C)，并將其用作高效耐用HER和OER的雙功能催

5、化劑，它在酸性條件表現(xiàn)出極好的HER催化活性，并且在堿性條件下的OER性能超過商用貴金屬氧化物IrO2。
　　3.同樣以MOFs納米片經(jīng)過兩步低溫磷化法，合成了一種具有特殊的條帶狀形貌的納米磷化鈷(B-CoP)，其在HER（酸性條件）與OER（堿性條件）電催化反應(yīng)中有優(yōu)異的催化活性。在電流密度為10mA/cm2時，B-CoP的過電位為122mV(HER)與273mV(OER)。
　　4.本章以ZIF-67@ZIF-8為原料，