石墨烯與MOF復(fù)合材料的合成及性能研究.pdf

1、近年來，金屬-有機骨架(MOFs)由于具有可控的納米結(jié)構(gòu)、超高的孔隙率和大的比表面積，從而成為潛在的存儲氣體的媒介。二維的石墨烯片上下表面有-OH、-C-O-C-官能團，邊緣有-COOH官能團，因此可以利用石墨烯表面的官能團或?qū)κ┑墓倌軋F進行功能化，進而實現(xiàn)石墨烯或功能化石墨烯與金屬有機骨架的面-面組裝。本論文利用功能化石墨烯與HKUST-1、氧化石墨烯及石墨烯與NENU-5、石墨烯量子點與HKUST-1形成了一系列的復(fù)合材料。由于

2、兩者的協(xié)同作用，表現(xiàn)出良好的CO2吸脫附和HER性能。
　　(1)將表面含有羥基和橋氧基的氧化石墨烯(GO)還原，然后將化學(xué)還原的GO進行功能化得到功能化石墨烯(BFG)。接著將BFG與合成HKUST-1的前驅(qū)物混合得到BFG/HKUST-1=1∶3、1∶4、1∶5的復(fù)合材料。為了證明所得復(fù)合材料的孔結(jié)構(gòu)，進行了77 K，1 atm條件下的N2吸附測試，結(jié)果表明該系列復(fù)合材料均屬于微孔結(jié)構(gòu)。在273 K，1 atm條件下測得的CO

3、2吸附表明，當(dāng)BFG/HKUST-1=1∶5時，其CO2吸附量為8.84 mmol/g，比HKUST-1提高31％。當(dāng)BFG/HKUST-1=1∶3時，其HER的起始電位最低，電流密度最大，塔菲爾斜率最小，因此可作為降低HER活化能的催化材料。
　　(2)我們利用溶液法和研磨法合成了一系列的GO/NENU-5=4％、6％、15％復(fù)合材料。在77K，1atm條件下測得的N2吸附表明，GO/NENU-5=4％、6％、15％復(fù)合材料均屬

4、于微孔結(jié)構(gòu)。273 K，1 atm條件下CO2及CH4吸附表明，復(fù)合材料中GO的加入并不能提高CO2、CH4的吸附量。當(dāng)GO/NENU-5=6％時，該復(fù)合材料的起始電位最正，電流密度最大，塔菲爾斜率最小，說明該材料是一種較好的降低HER活化能的材料。另一方面，合成了一系列rGO/NENU-5=4％、6％、15％復(fù)合材料。然而，在273 K，1 atm條件下，該系列的復(fù)合材料并不能提高CO2、CH4的吸附量。但是當(dāng)rGO/NENU-5=1

5、5％時，該復(fù)合材料HER的性能最好。
　　(3)我們使用了一種簡單的方法合成了石墨烯量子點(GQDs)。通過將GQDs與合成HKUST-1的前驅(qū)物混合得到了一系列GQDs/HKUST-1=3∶1、1∶5、2∶5的混合物。在77K，1 atm條件下的N2吸附表明，該系列復(fù)合材料均屬于微孔結(jié)構(gòu)。然而，復(fù)合材料中GQDs的加入并不能提高復(fù)合材料的CH4(273 K，1atm)吸附能力。當(dāng)GQDs/HKUST-1=2∶5時，其273 K，